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JPH09148541A - Ferroelectric memory device and driving method thereof - Google Patents

Ferroelectric memory device and driving method thereof

Info

Publication number
JPH09148541A
JPH09148541A JP7311089A JP31108995A JPH09148541A JP H09148541 A JPH09148541 A JP H09148541A JP 7311089 A JP7311089 A JP 7311089A JP 31108995 A JP31108995 A JP 31108995A JP H09148541 A JPH09148541 A JP H09148541A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
ferroelectric memory
potential
memory device
line
memory cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP7311089A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigenobu Taira
重信 平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP7311089A priority Critical patent/JPH09148541A/en
Priority to EP96306404A priority patent/EP0767464B1/en
Priority to DE69630758T priority patent/DE69630758T2/en
Priority to KR1019960038935A priority patent/KR100216645B1/en
Publication of JPH09148541A publication Critical patent/JPH09148541A/en
Priority to US08/977,664 priority patent/US6356475B1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • G11C11/223Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements using MOS with ferroelectric gate insulating film

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 強誘電体メモリ装置及びその駆動方法に関
し、書込み動作が確実で、且つ、書込電圧にアンバラン
スのない強誘電体メモリセル構造及びその駆動方法を提
供する。 【解決手段】 ゲート絶縁膜5〜7の一部に強誘電体膜
7を有する1個の電界効果トランジスタ型の強誘電体メ
モリセルをマトリクス状に配列し、ソース・ドレイン領
域3,4を共通のウエル領域2に設けると共に、このウ
エル領域2にプレート線9を接続し、また、ゲート電極
8をワード線11として行選択手段を設け、さらに、ソ
ース・ドレイン領域の一方4をビット線10に共通接続
すると共に、ソース・ドレイン領域の他方3をビット線
10方向に延在するドライブ線12に共通接続する。
Kind Code: A1 A ferroelectric memory device and a method of driving the same are provided, and a ferroelectric memory cell structure that ensures a write operation and has no imbalance in write voltage and a method of driving the same. SOLUTION: One field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film 7 on a part of gate insulating films 5 to 7 is arranged in a matrix, and source / drain regions 3 and 4 are commonly used. Of the source / drain regions are connected to the well lines 2 and the plate lines 9 are connected to the well regions 2 and the gate electrodes 8 are used as the word lines 11. In addition to being commonly connected, the other 3 of the source / drain regions is commonly connected to the drive line 12 extending in the direction of the bit line 10.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は強誘電体メモリ装置
及びその駆動方法に関するものであり、特に、ゲート絶
縁膜として強誘電体を用いたMISFETにより不揮発
性メモリ作用を行わせる強誘電体メモリ装置及びその駆
動方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ferroelectric memory device and a method of driving the same, and more particularly to a ferroelectric memory device in which a MISFET using a ferroelectric as a gate insulating film performs a non-volatile memory action. And a driving method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、不揮発性半導体記憶装置として
は、EEPROMやフラッシュメモリ等が用いられてい
たが、書き込みに10〜12Vという高電圧を必要とす
るために、他の半導体記憶装置のように5Vの単一電源
で動作させることができないという問題があり、また、
書き込み時間が長く高速で動作させることができないと
いう問題がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an EEPROM, a flash memory or the like has been used as a non-volatile semiconductor memory device, but since a high voltage of 10 to 12 V is required for writing, it is different from other semiconductor memory devices. There is a problem that it cannot be operated with a single 5V power source, and
There is a problem that the writing time is long and it cannot be operated at high speed.

【0003】近年、このような高電圧及び書き込み時間
の問題を解決するために、MISFETのゲート絶縁膜
にPZT(PbZr0.52Ti0.483 )等の強誘電体を
用いた強誘電体メモリ装置が開発されているが、この強
誘電体メモリ装置には、強誘電体キャパシタの蓄積容量
の変化を検出する方式と、強誘電体の残留分極の影響に
よる抵抗変化を検出する方式の2通りの方法がある。
In recent years, in order to solve such problems of high voltage and write time, a ferroelectric memory device using a ferroelectric material such as PZT (PbZr 0.52 Ti 0.48 O 3 ) in the gate insulating film of MISFET has been proposed. Although developed, this ferroelectric memory device has two methods: a method of detecting a change in the storage capacity of a ferroelectric capacitor and a method of detecting a resistance change due to the influence of remanent polarization of a ferroelectric material. There is.

【0004】まず、第1の方式は、ラムトロン社から提
案されているFRAM(ラムトロン社の商標)であり、
情報蓄積キャパシタの誘電体として強誘電体を用いるこ
とにより、分極反転に伴う蓄積容量の変化を検出するも
のであるが、現在市販されているのは2Tr+2Cのセ
ル構成であるので、集積度の向上は充分なものでなく、
且つ、破壊読出であるという欠点がある。また、従来の
DRAMと同様の1Tr+1Cのセル構造のFRAM
(ラムトロン社の商標)も開発されているが、これから
実用化に至る状況である。
First, the first method is FRAM (trademark of Ramtron Co., Ltd.) proposed by Ramtron Co., Ltd.
The ferroelectric substance is used as the dielectric substance of the information storage capacitor to detect the change in the storage capacitance due to the polarization reversal. However, since the cell structure of 2Tr + 2C is currently on the market, the integration degree is improved. Is not enough,
In addition, there is a drawback that the reading is destructive. Also, a FRAM having a cell structure of 1Tr + 1C similar to a conventional DRAM.
(Trademark of Ramtron Co., Ltd.) has also been developed, but it is in the state of practical application.

【0005】一方、第2の方式には、1Tr型のMFS
−FET(Metal Ferroelectric
Semiconductor FET)があり、このM
FS−FET図11を参照して説明する(特開平4−1
92173号公報参照)。
On the other hand, the second method is a 1Tr type MFS.
-FET (Metal Ferroelectric)
There is a Semiconductor FET), and this M
The FS-FET will be described with reference to FIG.
92173).

【0006】図11(a)及び(b)参照 p型ウエル領域81にn+ 型ソース・ドレイン領域8
2,83を形成したのち、PZT等の強誘電体薄膜84
をゲート絶縁膜として設け、その上にゲート電極85を
設けたものであり、p型ウエル領域81と短絡している
+ 型ソース領域83とゲート電極85との間に電界ベ
クトルが下向きとなる電圧を印加することによって、強
誘電体薄膜84を分極する。
See FIGS. 11A and 11B. In the p-type well region 81, the n + -type source / drain region 8 is formed.
After forming 2, 83, a ferroelectric thin film 84 such as PZT
Is provided as a gate insulating film and a gate electrode 85 is provided thereon, and the electric field vector is directed downward between the n + type source region 83 short-circuited with the p type well region 81 and the gate electrode 85. The ferroelectric thin film 84 is polarized by applying a voltage.

【0007】この分極は電圧を0にしても残留分極とし
て残るので、p型ウエル領域81/強誘電体薄膜84界
面に電子が誘起されてノーマリオンとなり、情報が半永
久的に記憶されることになる。なお、印加する電界を逆
にして、ノーマリオフ型として情報を記憶しても良いも
のである。
Since this polarization remains as a remnant polarization even if the voltage is 0, electrons are induced at the interface of the p-type well region 81 / ferroelectric thin film 84 to become normally on, and information is semipermanently stored. Become. Information may be stored as a normally-off type by reversing the applied electric field.

【0008】次に、情報を読み出す場合には、初めに選
択したビット線(BL)86の電位を0Vとし、次い
で、センス・アンプ92に接続された基準線(RL)9
3の基準電位をVCC(電源電圧)/2にプリチャージす
ると共に、選択したプレート線(PL)88に5.0V
(VCC)の電圧を印加する。なお、この時、データが書
き換えられないように選択したワード線(WL)87に
も5.0Vの電圧を印加すると共に、非選択のプレート
線(PL)88及びワード線(WL)87をフローティ
ング状態とする。
Next, when reading information, the potential of the bit line (BL) 86 selected first is set to 0 V, and then the reference line (RL) 9 connected to the sense amplifier 92.
Precharge the reference potential of 3 to V CC (power supply voltage) / 2 and add 5.0V to the selected plate line (PL) 88.
A voltage of (V CC ) is applied. At this time, a voltage of 5.0 V is applied to the word line (WL) 87 selected so that the data is not rewritten, and the non-selected plate line (PL) 88 and word line (WL) 87 are floated. State.

【0009】この場合、MFS−FETに“1”が記憶
されてノーマリオン型、即ち、デプリーション型として
機能していると、選択したビット線(BL)86の電位
が徐々に上昇し、やがて基準電位Vcc/2よりも高くな
るので、ここでセンス・アンプ92をオン状態にするこ
とによってビット線(BL)86が5.0Vとなり、基
準線(RL)93が0Vとなり、この電位を検知するこ
とによって情報の内容を読み出すものである。
In this case, if "1" is stored in the MFS-FET and it functions as a normally-on type, that is, a depletion type, the potential of the selected bit line (BL) 86 gradually rises, and eventually the reference. Since the potential becomes higher than Vcc / 2, the bit line (BL) 86 becomes 5.0V and the reference line (RL) 93 becomes 0V by turning on the sense amplifier 92 here, and this potential is detected. By doing so, the content of the information is read out.

【0010】なお、図11において、符号89、90、
及び、91は、夫々、強誘電体メモリセル、ワード選択
デコーダ・ドライバ、及び、プレート選択デコーダ・ド
ライバを表す。
In FIG. 11, reference numerals 89, 90,
Reference numerals 91 and 91 represent a ferroelectric memory cell, a word selection decoder driver, and a plate selection decoder driver, respectively.

【0011】しかし、この様なMFS−FETにおいて
は、読み出し時にプレート線(PL)88とワード線
(WL)87とを5.0Vにしているが、その結果、ビ
ット線(BL)86に接続しているn+ 型ドレイン領域
82を形成するpn接合が順バイアスされて導通するの
で、情報の内容の如何に拘わらずビット線(BL)86
が充電されることになり、メモリ動作をしないという問
題がある。
However, in such an MFS-FET, the plate line (PL) 88 and the word line (WL) 87 are set to 5.0 V at the time of reading, and as a result, they are connected to the bit line (BL) 86. Since the pn junction forming the n + -type drain region 82 is forward biased and becomes conductive, the bit line (BL) 86 is irrespective of the content of information.
However, there is a problem that the memory does not operate.

【0012】一方、この様な問題がないMFS−FET
として、図12に示す1Tr型強誘電体メモリ装置も提
案されている(特開平7−45794号公報参照)。 図12(a)参照 この1Tr型強誘電体メモリ装置のセル構造は、図11
(a)に示すセル構造と実質的に同等であり、配線構
造、したがって、バイアス構造が相違するものである。
On the other hand, an MFS-FET without such a problem
As such, a 1Tr type ferroelectric memory device shown in FIG. 12 has also been proposed (see Japanese Patent Laid-Open No. 7-45794). See FIG. 12A. The cell structure of this 1Tr type ferroelectric memory device is shown in FIG.
The cell structure is substantially the same as the cell structure shown in (a), and the wiring structure and therefore the bias structure are different.

【0013】図12(b)参照 即ち、この場合には、p型ウエル領域81に接続するプ
レート電極Tとn+ 型ソース領域83に接続するソース
引出電極Sが独立しており、プレート電極Tには集積回
路内の最低電位を印加し、一方、ソース引出電極Sには
ビット線BLと同電位、或いは、接地電位を印加するも
のであり、図12(b)はビット線BLと同電位を印加
する例を示している。
12B, that is, in this case, the plate electrode T connected to the p-type well region 81 and the source extraction electrode S connected to the n + -type source region 83 are independent, and the plate electrode T Is applied with the lowest potential in the integrated circuit, while the source extraction electrode S is applied with the same potential as the bit line BL or the ground potential. FIG. 12B shows the same potential as the bit line BL. It shows an example of applying.

【0014】そして、選択されたビット線BL0 に書込
電圧VW の−1/2、即ち、−VW/2を印加すること
によって、ソース引出電極S0 にも−VW /2が印加さ
れて、ゲート電極85下のチャネル領域の電位も−VW
/2と同電位になり、選択されたワード線WL0 に書込
電圧VW の1/2、即ち、VW /2を印加することによ
って、選択されたセル(図における左上のセル)にはV
W の電圧が印加されて書込みが行われることになる。
[0014] Then, the write voltage V W of -1/2 to bit lines BL 0, which is selected, i.e., by applying a -V W / 2, is -V W / 2 to the source extraction electrode S 0 When applied, the potential of the channel region under the gate electrode 85 is also −V W
/ 2 becomes the same potential, and by applying 1/2 of the write voltage V W , that is, V W / 2 to the selected word line WL 0 , the selected cell (upper left cell in the figure) is applied. Is V
The voltage of W is applied and writing is performed.

【0015】なお、ソース引出電極Sに接地電位を印加
した場合には、n+ 型ドレイン領域82とゲート電極8
5との間に挟まれたオーバーラップ部分の強誘電体膜8
4のみが分極されることになると説明されている。
When a ground potential is applied to the source extraction electrode S, the n + type drain region 82 and the gate electrode 8 are formed.
Ferroelectric film 8 in the overlapping part sandwiched between 5 and
It is explained that only 4 will be polarized.

【0016】図12(c)参照 また、他の駆動方法としては、選択されたワード線WL
0 に書込電圧VW を印加し、非選択のワード線WL1
W /3を印加し、また、選択されたビット線BL0
0Vにし、非選択のビット線BL1 に2VW /3を印加
するものであり、選択されたセル(図における左上のセ
ル)にはVW の電圧が印加されて書込みが行われること
になる。なお、図12(c)は、ソース引出電極Sに接
地電位を印加する例を示している。
See FIG. 12C. As another driving method, the selected word line WL is used.
The write voltage V W is applied to 0 , V W / 3 is applied to the unselected word line WL 1 , the selected bit line BL 0 is set to 0 V, and 2 V W is applied to the unselected bit line BL 1. / 3 is applied, and the voltage of V W is applied to the selected cell (the cell at the upper left in the figure) to perform writing. Note that FIG. 12C shows an example in which a ground potential is applied to the source extraction electrode S.

【0017】しかし、この様なMFS−FETにおいて
は、強誘電体が酸化物であるため、p型ウエル領域81
と強誘電体薄膜84との界面にSiO2 膜(図示せず)
が形成され、このSiO2 膜の形成により動作電圧が増
大するだけでなく、トラップ準位が発生して、強誘電体
薄膜84中に電荷が注入されて残留分極による電荷を打
ち消す欠点があった。
However, in such an MFS-FET, since the ferroelectric substance is an oxide, the p-type well region 81 is formed.
And SiO 2 film (not shown) on the interface between the ferroelectric thin film 84 and
Is formed, and not only the operating voltage is increased by the formation of this SiO 2 film, but also trap levels are generated, and charges are injected into the ferroelectric thin film 84 to cancel the charges due to remnant polarization. .

【0018】また、強誘電体薄膜84の成膜温度が高い
と、強誘電体薄膜84の構成元素がp型ウエル領域8
1、即ち、シリコン基板中に拡散して素子特性を変えて
しまうという問題があるので、この様な問題を改善する
ために、MFIS(MetalFerroelectr
ic Insulator Semiconducto
r)構造や、MFMIS(Metal Ferroel
ectric Metal Insulator Se
miconductor)構造の強誘電体メモリ装置
(特開平7−202035号公報参照)が提案されてい
る。
When the film forming temperature of the ferroelectric thin film 84 is high, the constituent elements of the ferroelectric thin film 84 are p-type well regions 8.
1, that is, there is a problem that the element characteristics are changed by diffusing into the silicon substrate. Therefore, in order to improve such a problem, MFIS (Metal Ferroelectric
ic Insulator Semiconductor
r) structure and MFMIS (Metal Ferroel)
electric Metal Insulator Se
A ferroelectric memory device having a microstructure (see Japanese Patent Laid-Open No. 7-202035) has been proposed.

【0019】この内、MFISは図示しないものの、p
型ウエル領域、或いは、p型シリコン基板表面にSiO
2 膜を形成したのち強誘電体薄膜を形成するようにした
ものであり、SiO2 膜を積極的に設けることによって
強誘電体薄膜の構成元素がウエル領域或いはシリコン基
板に拡散するのを防止するものである。
Of these, MFIS is not shown, but p
SiO in the well region or p-type silicon substrate surface
The ferroelectric thin film is formed after the two films are formed, and the constituent elements of the ferroelectric thin film are prevented from diffusing into the well region or the silicon substrate by actively providing the SiO 2 film. It is a thing.

【0020】図13(a)参照 また、MFMISは、MFISの残留分極の保持特性を
改善するために、SiO2 膜94と強誘電体薄膜84と
の間に強誘電体薄膜84との整合性の良いPt膜を介在
させたもので、Pt膜、即ち、浮遊ゲート95の存在に
より良質の強誘電体薄膜84を得ることができるもので
ある。
See FIG. 13A. Further, in the MFMIS, in order to improve the retention characteristic of the remanent polarization of the MFIS, the compatibility between the SiO 2 film 94 and the ferroelectric thin film 84 and the ferroelectric thin film 84 is maintained. With a good Pt film interposed, a high-quality ferroelectric thin film 84 can be obtained by the presence of the Pt film, that is, the floating gate 95.

【0021】図13(b)参照 しかしながら、特開平7−202035号公報に記載さ
れている、駆動方法においては、非選択のワード線WL
1 を浮遊状態にしているため、電位が不定で動作が不安
定になる可能性があり、また、非選択のワード線WL1
と非選択のビット線BL1 に接続された非選択のセル
(図における右下のセル)の強誘電体薄膜84には、選
択したセル(図における左上のセル)とは逆電界が印加
されるので、書込みを何回も繰り返しているうちに、記
憶している情報が破壊される可能性が高いと言う問題が
ある。
However, in the driving method described in Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-202035, the unselected word line WL is used.
Since 1 is in a floating state, the potential may be unstable and the operation may become unstable. In addition, unselected word line WL 1
A reverse electric field to the selected cell (upper left cell in the figure) is applied to the ferroelectric thin film 84 of the unselected cell (lower right cell in the figure) connected to the unselected bit line BL 1 and the unselected cell. Therefore, there is a problem that the stored information is likely to be destroyed while the writing is repeated many times.

【0022】また、本発明者は、配線構造及び駆動方法
を改善することによって、高集積化が可能で、且つ、確
実な動作が可能な強誘電体メモリ装置を提案しているの
で(特願平7−230868号)、この強誘電体メモリ
装置を図14を参照して説明する。
Further, the present inventor has proposed a ferroelectric memory device which can be highly integrated and can surely operate by improving the wiring structure and the driving method (Japanese Patent Application No. 2000-242242). No. 7-230868), this ferroelectric memory device will be described with reference to FIG.

【0023】図14(a)参照 まず、n型シリコン基板21にビット線(BL)30と
同様に列選択線方向に延在する共通のp型ウエル領域2
2を形成し、次いで、厚さ100Å〜300Å、好適に
は250ÅのSiO2 膜、浮遊ゲートとなる厚さ150
0Å〜3000Å、好適には2000ÅのPt膜、強誘
電体膜としての厚さ1000Å〜7000Å、好適には
4000ÅのPZT薄膜、及び、Pt等の導電膜を順次
堆積させてのちパターニングすることによって、SiO
2 膜25、Pt膜26、及び、PZT薄膜27からなる
ゲート絶縁膜とゲート電極28を列選択線方向に複数個
配列するように形成する。なお、図においては1個しか
示していない。
Referring to FIG. 14A, first, a common p-type well region 2 extending in the column selection line direction on the n-type silicon substrate 21 in the same manner as the bit line (BL) 30.
2 is formed, and then a SiO 2 film having a thickness of 100 Å to 300 Å, preferably 250 Å, and a thickness of 150 to be a floating gate.
A Pt film having a thickness of 0Å to 3000Å, preferably 2000Å, a PZT thin film having a thickness of 1000Å to 7000Å as a ferroelectric film, preferably 4000Å, and a conductive film such as Pt are sequentially deposited and then patterned. SiO
A gate insulating film made of the 2 film 25, the Pt film 26, and the PZT thin film 27 and a plurality of gate electrodes 28 are formed so as to be arranged in the column selection line direction. Note that only one is shown in the figure.

【0024】次いで、ゲート電極28をマスクとしてA
s等のn型不純物を選択的に導入してn型ドレイン領域
23及びn型ソース領域24を形成し、p型ウエル領域
22にプレート線(T)29を、n型ドレイン領域23
にビット線(BL)30を、ゲート電極28にワード線
(WL)31を、n型ソース領域24にドライブ線
(D)32を夫々接続して、強誘電体メモリセルが完成
する。
Next, using the gate electrode 28 as a mask, A
An n-type impurity such as s is selectively introduced to form an n-type drain region 23 and an n-type source region 24, a plate line (T) 29 is formed in the p-type well region 22, and an n-type drain region 23 is formed.
The bit line (BL) 30, the word line (WL) 31 to the gate electrode 28, and the drive line (D) 32 to the n-type source region 24 are connected to complete the ferroelectric memory cell.

【0025】図14(b)参照 この強誘電体メモリセルは、ミラー対称に設けられてお
り、各ビット線(BL 0 ,BL1 ・・)30には列選択
トランジスタ39及び接地電位に接続された抵抗37を
介してセンス・アンプ38が接続されている。なお、こ
のセンス・アンプ38は、強誘電体メモリセルの形成工
程と同時に形成したp型ウエル領域22をベース領域と
し、n型ドレイン領域23及びn型ソース領域24をエ
ミッタ領域及びコレクタ領域とするラテラルバイポーラ
トランジスタとして形成したものである。
See FIG. 14B. This ferroelectric memory cell is provided in mirror symmetry.
Each bit line (BL 0, BL1・ ・) Column selection for 30
The transistor 39 and the resistor 37 connected to the ground potential
A sense amplifier 38 is connected via the. In addition, this
The sense amplifier 38 of FIG.
The p-type well region 22 formed at the same time as the base region
The n-type drain region 23 and the n-type source region 24.
Lateral bipolar as the miter region and collector region
It is formed as a transistor.

【0026】また、図示していないものの各書込用信号
線、即ち、各プレート線(T0 ,T 1 ・・)29には、
ビット線(BL0 ,BL1 ・・)30と同様に列選択手
段が接続されており、さらに、各ワード線(WL0 ,W
1 ・・)31及び各ドライブ線(D0 ,D1 ・・)3
2には、夫々接地電位或いは1.65V(VCC/2)の
第1電位を印加する行選択手段が接続されている。
Further, although not shown, each write signal
Line, that is, each plate line (T0, T 1・ ・) 29
Bit line (BL0, BL1..) Column selection hand like 30
Connected to each word line (WL0, W
L1・ ・) 31 and each drive line (D0, D1・ ・) 3
2 is ground potential or 1.65V (VCC/ 2)
Row selection means for applying the first potential is connected.

【0027】この様なメモリセル構造にすることによっ
て、プレート線(T)としてp型ウエル領域22自体を
利用することができるので、プレート線(T)用の別個
の配線用スペースが不要となり、集積度が向上する。
With such a memory cell structure, since the p-type well region 22 itself can be used as the plate line (T), a separate wiring space for the plate line (T) becomes unnecessary, The degree of integration is improved.

【0028】この強誘電体メモリ装置の情報を消去する
場合には、まず、全てのビット線(BL)及びドライブ
線(D)をフローティング(浮遊)状態とし、全てのプ
レート線(T)に電源電圧VCC(3.3V)を印加し、
且つ、全てのワード線(WL)を接地電位を印加して強
誘電体メモリセルを非導通とし、PZT薄膜27を−P
r方向に分極反転させてデータ“0”に対応させること
によって、フローティングゲートトランジスタ型のフラ
ッシュ・メモリと同様に全ての強誘電体メモリセルの情
報を一括して消去する。
When erasing information in this ferroelectric memory device, first, all bit lines (BL) and drive lines (D) are brought into a floating (floating) state, and power is supplied to all plate lines (T). Apply voltage V CC (3.3V),
At the same time, the ground potential is applied to all the word lines (WL) to make the ferroelectric memory cells non-conductive, and the PZT thin film 27 is set to -P.
By reversing the polarization in the r direction and making it correspond to the data "0", the information in all the ferroelectric memory cells is erased collectively as in the floating gate transistor type flash memory.

【0029】次に、データ“1”を書き込む際に、全て
のビット線(BL)及びドライブ線(D)に1.65V
(VCC/2)の第2電位を印加した状態で、選択したプ
レート線Tに0V(接地電位)を印加すると共に、選択
したワード線(WL)に第3電位を印加して選択した強
誘電体メモリセルにデータ“1”を書き込む。なお、選
択しないプレート線T及びワード線(WL)に1.65
Vの第2電位を印加しておくので、書き込みデータが
“0”のセルに対するデータ“1”の書き込みは禁止さ
れる。
Next, when writing data "1", 1.65 V is applied to all bit lines (BL) and drive lines (D).
With the second potential of (V CC / 2) applied, 0V (ground potential) is applied to the selected plate line T and the third potential is applied to the selected word line (WL) to select the strong potential. Data "1" is written in the dielectric memory cell. The plate line T and the word line (WL) not selected are 1.65.
Since the second potential of V is applied, the writing of the data “1” to the cell whose write data is “0” is prohibited.

【0030】なお、この第3電位(VW )は、読み出し
時にメモリセル出力が“1”になる様にPZT薄膜27
を+Pr方向に+Pr* だけ分極する電位であり、この
+Pr* だけ分極したメモリセルは読み出し電位を印加
した場合に導通する程度にしきい値(Vth)が低下した
ノーマリオフ状態になる。
This third potential (V W ) is applied to the PZT thin film 27 so that the memory cell output becomes "1" at the time of reading.
Is a potential polarized by + Pr * in the + Pr direction, and the memory cell polarized by + Pr * is in a normally-off state in which the threshold value (V th ) is lowered to the extent of conduction when a read potential is applied.

【0031】また、選択しないプレート線T及びワード
線(WL)に1.65Vの第2電位を印加しておくの
で、書き込み時に選択しないメモリセルに誤って情報が
書き込まれることがないので、書き込み動作が安定化す
る。
Further, since the second potential of 1.65 V is applied to the unselected plate line T and word line (WL), it is possible to prevent information from being erroneously written in unselected memory cells during writing. The operation stabilizes.

【0032】次に、情報を読み出す場合には、全てのプ
レート線(T)を接地電位にし、且つ、全てのドライブ
線(D)を1.65Vの第2電位にした状態で、選択し
たビット線(BL)を抵抗を介して接地電位にし、即
ち、接地電位側にし、また、選択したワード線(WL)
に1.65V(VCC/2)の第1電位を印加する。な
お、この場合、選択しないビット線(BL)はフローテ
ィングにし、ワード線(WL)を0Vにする。
Next, when reading the information, all the plate lines (T) are set to the ground potential, and all the drive lines (D) are set to the second potential of 1.65 V, and the selected bit is selected. The line (BL) is brought to the ground potential through the resistor, that is, the ground potential side, and the selected word line (WL)
Is applied with a first potential of 1.65 V (V CC / 2). In this case, the unselected bit line (BL) is floated and the word line (WL) is set to 0V.

【0033】この場合、メモリセルに“1”が書き込ま
れている場合には、読み出し電圧(1.65V)の印加
によりメモリセルは導通状態になり、ビット線(BL)
の電位変動によってセンス・アンプを介して情報が検出
される。なお、メモリセルに“1”が書き込まれていな
い場合には、即ち、メモリセルのデータが“0”の場合
には、メモリセルが導通しないので、電位変動は生じな
い。
In this case, when "1" is written in the memory cell, the read voltage (1.65V) is applied to bring the memory cell into a conductive state and the bit line (BL).
Information is detected through the sense amplifier due to the potential fluctuation of the. Note that when "1" is not written in the memory cell, that is, when the data in the memory cell is "0", the memory cell does not conduct, so that no potential change occurs.

【0034】また、図11に示した従来の1Tr型強誘
電体メモリ装置とは異なりプレート線に相当するプレー
ト線(T)を接地電位にするので、ビット線(BL)に
接続する非選択のn型ドレイン領域23のpn接合が順
バイアスされることがなく、メモリセルとして確実に動
作することになるものである。
Further, unlike the conventional 1Tr type ferroelectric memory device shown in FIG. 11, the plate line (T) corresponding to the plate line is set to the ground potential, so that it is not selected and connected to the bit line (BL). The pn junction of the n-type drain region 23 will not be forward-biased, and the memory cell will operate reliably.

【0035】さらに、この様な従来の強誘電体メモリに
おいては、半選択のメモリセル或いは非選択のメモリセ
ルにおいて分極特性が劣化する問題があるので、その問
題を解決するために、強誘電体薄膜とワード線との間に
2端子スイッチ素子を介在させることが提案されている
(特開平7−106450号公報参照)ので、図15を
参照して説明する。
Further, in such a conventional ferroelectric memory, there is a problem that the polarization characteristics are deteriorated in the half-selected memory cells or the non-selected memory cells. It has been proposed to interpose a two-terminal switch element between the thin film and the word line (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-106450), which will be described with reference to FIG.

【0036】即ち、選択されたメモリセルとワード線或
いはビット線の一方のみが共通接続されているメモリセ
ルは半選択の状態にあり、“1”または“0”の情報の
書き込み時にゲート電極とソース領域或いはドレイン領
域との間に抗電圧Vc 以下の中間の電圧が交互に互いに
逆方向で印加されるため、“lack of true
c ”と言う現象によって分極特性が劣化し、遂に
は、情報が書き換えられると言う問題が生ずる。
That is, the selected memory cell and the memory cell in which only one of the word line or the bit line is commonly connected are in the half-selected state, and the gate electrode and the gate electrode are used when writing "1" or "0" information. Since an intermediate voltage equal to or lower than the coercive voltage V c is alternately applied between the source region and the drain region in opposite directions to each other, the “lack of true” is applied.
The phenomenon of "E c " deteriorates the polarization characteristics and finally causes a problem that information is rewritten.

【0037】図15(a)及び(b)参照 図15(a)に示す強誘電体メモリセルは、この様な問
題を解決するために、強誘電体メモリセルの強誘電体薄
膜84とゲート電極85との間に2端子スイッチ素子9
8を設けたものであり、図15(b)はその等価回路を
示すものである。
15A and 15B, in order to solve such a problem, the ferroelectric memory cell shown in FIG. 15A has a ferroelectric thin film 84 and a gate. Two-terminal switch element 9 between electrode 85
8 is provided, and FIG. 15B shows an equivalent circuit thereof.

【0038】この改良型強誘電体メモリにおいては、こ
の改良型強誘電体メモリの前提となる図12に示した強
誘電体メモリと同様に、ゲート電極85をワード線87
に接続し、n+ 型ドレイン領域82をビット線86に接
続すると共に、n+ 型ソース領域83をソース引出電極
94を介して接地し、且つ、p型ウエル領域81(或い
は、p型基板)をプレート電極88を介して集積回路中
で最も低い電圧に固定するものである。
In this improved ferroelectric memory, as in the ferroelectric memory shown in FIG. 12, which is a prerequisite for the improved ferroelectric memory, the gate electrode 85 and the word line 87 are provided.
, The n + type drain region 82 is connected to the bit line 86, the n + type source region 83 is grounded via the source extraction electrode 94, and the p type well region 81 (or p type substrate) is connected. Is fixed to the lowest voltage in the integrated circuit through the plate electrode 88.

【0039】この様に、2端子スイッチ素子98を設け
ることによって、PrV特性(分極対電圧特性)が極め
て角形比の良いPrVカーブとなり、onとoffでの
立ち上がり及び立ち下がりが極めて良くなるので、半選
択された場合に印加する電圧によってはほとんど分極値
が変動せず、“lack of true Ec ”によ
って分極特性が劣化することがない。
As described above, by providing the two-terminal switch element 98, the PrV characteristic (polarization vs. voltage characteristic) becomes a PrV curve with a very good squareness ratio, and the rising and falling at on and off become very good. The polarization value hardly changes depending on the voltage applied when the semiconductor device is half-selected, and the polarization characteristic does not deteriorate due to "lack of true E c ".

【0040】[0040]

【発明が解決しようとする課題】しかし、第1の方式の
強誘電体メモリ装置は蓄積容量を必要とするなど構造が
比較的複雑であったり、または、図11に示す強誘電体
メモリ装置のように、確実なメモリ動作が得られないと
言う問題がある。
However, the ferroelectric memory device of the first type has a relatively complicated structure such as requiring storage capacity, or the ferroelectric memory device shown in FIG. As described above, there is a problem that a reliable memory operation cannot be obtained.

【0041】図12(b)及び(c)参照 また、図12に示す強誘電体メモリ装置の場合には、ソ
ース引出電極Sをビット線BLと同電位にした場合に、
説明されているようにチャネル領域がビット線BLと同
電位になるか否かは不明であるため、実際に確実な書込
みが行われるか否かは不明であり、また、ソース引出電
極Sを接地電位にした場合には、ソース領域とゲート電
極とのオーバーラップで本当に書き込めるのかという問
題がある。
12B and 12C. Further, in the case of the ferroelectric memory device shown in FIG. 12, when the source extraction electrode S is set to the same potential as the bit line BL,
As described, whether or not the channel region has the same potential as that of the bit line BL is unknown, and therefore, whether or not reliable writing is actually performed is unknown, and the source extraction electrode S is grounded. When the potential is set, there is a problem that writing can actually be performed due to the overlap between the source region and the gate electrode.

【0042】また、仮に、確実な書込みが可能であった
としても、半選択セルの情報が破壊されるという問題が
ある。即ち、フラッシュメモリ的に使用する場合には、
図12(b)の駆動方法は問題がないものの、図12
(c)の駆動方法の場合には、図の右下の半選択セルに
−VW /3(=VW /3−2VW /3)の逆電界が印加
されることになり、書込み動作を繰り返しているうち
に、逆電界の印加される半選択セルの情報が破壊される
という問題があり、また、RAM(ランダム・アクセス
・メモリ)的に使用する場合には、何方の駆動方法にお
いても情報の破壊の問題が生ずる。
Further, even if reliable writing is possible, there is a problem that the information in the half-selected cell is destroyed. That is, when using it as a flash memory,
Although the driving method of FIG. 12B has no problem,
In the case of the driving method of (c) will become the reverse electric field of -V W / 3 (= V W / 3-2V W / 3) to the half-selected cell at the bottom right of the figure is applied, the write operation There is a problem that the information of the half-selected cell to which the reverse electric field is applied is destroyed while repeating the above, and when used as a RAM (random access memory), which drive method is used? Also causes the problem of information destruction.

【0043】また、図13に示した強誘電体メモリ装置
の場合には、上述のように、非選択のワード線WL1
浮遊状態にしているため電位が不定になって動作が不安
定になる可能性があり、また、非選択のワード線WL1
と非選択のビット線BL1 に接続された非選択のセルに
は逆電界が印加されるので、書込みを何回も繰り返して
いるうちに、記憶している情報が破壊されると言う問題
がある。
Further, in the case of the ferroelectric memory device shown in FIG. 13, since the unselected word line WL 1 is in the floating state as described above, the potential becomes unstable and the operation becomes unstable. And the unselected word line WL 1
Since a reverse electric field is applied to the non-selected cells connected to the non-selected bit line BL 1 , there is a problem that the stored information is destroyed while writing is repeated many times. is there.

【0044】また、図14に示した強誘電体メモリ装置
の場合には、“1”の書込み時に、チャネルが発生し
て、チャネルが第2電位を印加したソース・ドレイン領
域と同電位になり、強誘電体薄膜にはV /2しか電圧
が掛からないため書込みが不可能であると判明した。
In the case of the ferroelectric memory device shown in FIG. 14, a channel is generated at the time of writing "1", and the channel becomes the same potential as the source / drain region to which the second potential is applied. It was found that writing was impossible because the ferroelectric thin film was applied with a voltage of V 2 only.

【0045】さらに、図15に示した強誘電体メモリ装
置の場合には、図11乃至図14に示した強誘電体メモ
リ装置における、書込み動作及び読み出し動作に伴う分
極特性の劣化の問題は解消されるものの、その書込み動
作自体は図12に示す強誘電体メモリ装置と同じである
ので、図12に示す強誘電体メモリ装置と同様に、実際
に確実な書込みが行われるか否かは不明であり、また、
ソース引出電極Sを接地電位にした場合には、ドレイン
領域とゲート電極とのオーバラップ部分で本当に書き込
めるのかが不明であるという問題がある。
Further, in the case of the ferroelectric memory device shown in FIG. 15, the problem of the deterioration of the polarization characteristics due to the write operation and the read operation in the ferroelectric memory device shown in FIGS. 11 to 14 is solved. However, since the write operation itself is the same as that of the ferroelectric memory device shown in FIG. 12, it is uncertain whether or not a reliable write is actually performed as in the ferroelectric memory device shown in FIG. And also
When the source extraction electrode S is set to the ground potential, there is a problem that it is unclear whether data can be actually written in the overlapping portion between the drain region and the gate electrode.

【0046】したがって、本発明は、書込み動作が確実
で、且つ、書込電圧にアンバランスのない強誘電体メモ
リセル構造及びその駆動方法を提供することを目的と
し、また、書込み動作及び読み出し動作に伴う分極特性
の劣化を低減することを目的とする。
Therefore, an object of the present invention is to provide a ferroelectric memory cell structure in which the write operation is reliable and the write voltage is not unbalanced, and a driving method thereof, and the write operation and the read operation are performed. The purpose is to reduce the deterioration of the polarization characteristics associated with the above.

【0047】[0047]

【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理的構
成の説明図であり、図1を参照して本発明における課題
を解決するための手段を説明する。 図1参照 (1)本発明は、ゲート絶縁膜5〜7の一部に強誘電体
膜7を有する1個の電界効果トランジスタ型の強誘電体
メモリセルをマトリクス状に配列した強誘電体メモリ装
置において、ソース・ドレイン領域3,4を共通のウエ
ル領域2に設けると共に、このウエル領域2をプレート
線9に接続し、また、ゲート電極8をワード線11とし
て行選択手段を設け、また、ソース・ドレイン領域の一
方4をビット線10に共通接続すると共に、ソース・ド
レイン領域の他方3をビット線10方向に延在するドラ
イブ線12に共通接続することを特徴とする。
FIG. 1 is an explanatory view of the principle structure of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG. Refer to FIG. 1. (1) The present invention is a ferroelectric memory in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film 7 in a part of the gate insulating films 5 to 7 is arranged in a matrix. In the device, the source / drain regions 3 and 4 are provided in the common well region 2, the well region 2 is connected to the plate line 9, and the gate electrode 8 is used as the word line 11 to provide row selecting means. One of the source / drain regions 4 is commonly connected to the bit line 10, and the other 3 of the source / drain regions is commonly connected to the drive line 12 extending in the direction of the bit line 10.

【0048】この様に、プレート線9として共通のウエ
ル領域2を利用したので、消去電圧を印加するプレート
線9のための配線用スペースを必要としないので集積度
が向上し、また、“1”の情報の書込みの際には、ゲー
ト電極8直下に発生したチャネルとゲート電極8との間
に印加された電界で書込みを行うので、書込電圧が
“0”と“1”とでアンバランスになることがない。
Since the common well region 2 is used as the plate line 9 in this manner, the wiring space for the plate line 9 for applying the erase voltage is not required, so that the degree of integration is improved and "1" is obtained. At the time of writing the information of ", since the writing is performed by the electric field applied between the channel generated just below the gate electrode 8 and the gate electrode 8, the write voltage is" 0 "and" 1 ". There is no balance.

【0049】(2)また、本発明は、上記(1)におい
て、ゲート絶縁膜を絶縁膜5/浮遊ゲート6/強誘電体
膜7からなる積層構造で構成したことを特徴とする。
(2) Further, the present invention is characterized in that, in the above (1), the gate insulating film has a laminated structure of an insulating film 5 / a floating gate 6 / a ferroelectric film 7.

【0050】この様に、絶縁膜5と強誘電体膜7との間
に浮遊ゲート6を設けているので、従来のMFMISと
同様に高品質の強誘電体膜7を再現性良く設けることが
でき、且つ、ゲート電極8に電圧を印加して強誘電体膜
7を分極させる場合に、所定のしきい値(Vth)を有す
るノーマリオフ状態を安定的に実現することができる。
As described above, since the floating gate 6 is provided between the insulating film 5 and the ferroelectric film 7, the high quality ferroelectric film 7 can be provided with good reproducibility as in the conventional MFMIS. In addition, when a voltage is applied to the gate electrode 8 to polarize the ferroelectric film 7, a normally-off state having a predetermined threshold value (V th ) can be stably realized.

【0051】(3)また、本発明は、上記(1)または
(2)において、強誘電体メモリセルに情報を書き込む
第3電位(VW )をチップ毎にトリミング可能にするた
めに、チップ内に多結晶半導体フューズを備えた第3電
位トリミング手段を設けたことを特徴とする。
(3) Further, according to the present invention, in the above (1) or (2), in order to enable trimming of the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell chip by chip, A third potential trimming means having a polycrystalline semiconductor fuse is provided therein.

【0052】この様に、強誘電体メモリセルに情報を書
き込む第3電位(VW )をチップ毎にトリミング可能に
することにより、データ“1”を書き込んだ際の強誘電
体メモリセルのしきい値(Vth)を安定に設定すること
ができる。
As described above, the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed on a chip-by-chip basis, so that the ferroelectric memory cell when data "1" is written can be trimmed. The threshold value (V th ) can be set stably.

【0053】(4)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の駆
動方法において、プレート線9と全てのゲート電極8と
の間に消去電圧(VE )を印加し、前記ゲート電極8に
対向する半導体層の表面を蓄積状態とすることによっ
て、上記全ての強誘電体メモリセルが非導通になるよう
に分極してデータ“0”に対応させることにより情報を
消去することを特徴とする。
(4) Further, the present invention provides the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (1) to (3), in which the plate line 9 and all the gate electrodes 8 are provided. An erase voltage (V E ) is applied to bring the surface of the semiconductor layer facing the gate electrode 8 into an accumulated state, so that all the ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive and data “0” is stored. It is characterized in that information is erased by making it correspond to ".

【0054】この様に電圧を印加することによって、ゲ
ート電極8に対向する半導体層の表面は蓄積状態となっ
て強誘電体薄膜7に電界が十分かかるため、通常の消去
電圧(VE )によって全ての強誘電体メモリセルの情報
を一括して消去することができ、従来のフローティング
ゲートトランジスタ型のフラッシュ・メモリと同様に動
作させることができる。
By applying the voltage in this manner, the surface of the semiconductor layer facing the gate electrode 8 is in an accumulation state, and a sufficient electric field is applied to the ferroelectric thin film 7, so that the normal erasing voltage (V E ) is applied. The information in all the ferroelectric memory cells can be erased at once, and it can be operated in the same manner as the conventional floating gate transistor type flash memory.

【0055】(5)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の駆
動方法において、プレート線9を接地電位にし、選択し
たワード線11を第3電位(VW )にすると共に、選択
したビット線10及びドライブ線12を接地電位にし、
且つ、非選択のワード線11、ビット線10、及び、ド
ライブ線12を第2電位(略VW /2)にすることによ
って、選択した強誘電体メモリセルを読み出す際に強誘
電体メモリセルが導通するように分極してデータ“1”
に対応させることにより情報を書き込むことを特徴とす
る。
(5) In the method of driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (1) to (3), the present invention sets the plate line 9 to the ground potential and selects the selected word line 11. Is set to the third potential (V W ), and the selected bit line 10 and drive line 12 are set to the ground potential,
In addition, by setting the unselected word line 11, bit line 10, and drive line 12 to the second potential (approximately V W / 2), the ferroelectric memory cell is read when the selected ferroelectric memory cell is read. "1" by polarization so that
It is characterized by writing information by making it correspond to.

【0056】この様に、情報の書き込みの際に、ゲート
電極8直下に発生したチャネルとゲート電極8との間に
印加された電界で書込みを行うので、書込電圧が“0”
と“1”とでアンバランスになることがなく、また、非
選択のワード線11及びビット線10を第2電位(略V
W /2)にしておくので、図12に示した従来の1Tr
型強誘電体メモリ装置のように、半選択のセルにおける
誤書き込み等の不安定さを招くことがない。
As described above, when writing information, since the writing is performed by the electric field applied between the channel generated directly below the gate electrode 8 and the gate electrode 8, the writing voltage is "0".
There is no unbalance between "1" and "1", and the unselected word line 11 and bit line 10 are set to the second potential (approximately V).
Since W / 2) is set, the conventional 1Tr shown in FIG.
Instability such as erroneous writing in a half-selected cell is not caused unlike the type ferroelectric memory device.

【0057】(6)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の駆
動方法において、プレート線9及びドライブ線12を接
地電位にし、且つ、選択したワード線11を第1電位
(Vr )にすると共に、選択したビット線10を第1電
位側(Vr )にすることによって、選択した強誘電体メ
モリセルの導通・非導通を検知することによって誘電体
メモリセルのデータを読み出すことを特徴とする。
(6) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (1) to (3), wherein the plate line 9 and the drive line 12 are set to the ground potential, and , The selected word line 11 is set to the first potential (V r ) and the selected bit line 10 is set to the first potential side (V r ) so that the selected ferroelectric memory cell is turned on or off. It is characterized in that the data of the dielectric memory cell is read out by detecting.

【0058】この様に、読み出しの際に、図11に示し
た従来の1Tr型強誘電体メモリ装置とは異なりプレー
ト線9を接地電位にするので、ビット線10に接続する
非選択のソース・ドレイン領域の一方3のpn接合が順
バイアスされることがなく、メモリセルとして確実に動
作することになる。
In this way, at the time of reading, unlike the conventional 1Tr type ferroelectric memory device shown in FIG. 11, since the plate line 9 is set to the ground potential, an unselected source connected to the bit line 10 The pn junction of one of the drain regions 3 is not forward-biased, and the memory cell operates reliably.

【0059】(7)また、本発明は、上記(1)乃至
(3)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の駆
動方法において、プレート線9を接地電位にする共に、
ドライブ線12を第1電位(Vr )にし、且つ、選択し
たワード線11を第1電位(V r )にすると共に、選択
したビット線10を接地電位側にすることによって、選
択した強誘電体メモリセルの導通・非導通を検知するこ
とによって誘電体メモリセルのデータを読み出すことを
特徴とする。
(7) Further, the present invention provides the above (1) to (1).
Driving a ferroelectric memory device according to any one of (3)
In the moving method, the plate line 9 is set to the ground potential, and
The drive line 12 has a first potential (Vr) And select
Of the word line 11 to the first potential (V r) And select
By selecting the selected bit line 10 to the ground potential side,
Conductivity / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell can be detected.
By reading the data of the dielectric memory cell
Features.

【0060】この様な構成によって、上記(6)とは異
なった駆動方法によっても情報の読出が可能になり、駆
動方法の自由度が増すことになる。
With such a configuration, information can be read by a driving method different from the above (6), and the degree of freedom of the driving method is increased.

【0061】(8)また、本発明は、ゲート絶縁膜5〜
7の一部に強誘電体膜7を有する1個の電界効果トラン
ジスタ型の強誘電体メモリセルをマトリクス状に配列し
た強誘電体メモリ装置において、各強誘電体メモリセル
のソース・ドレイン領域3,4をビット線10方向に伸
びる共通のウエル領域2に設け、このウエル領域2とソ
ース・ドレイン領域の一方3とを短絡させると共に、こ
のウエル領域2をドライブ線とし、且つ、ゲート電極8
をワード線11として行選択手段を設け、さらに、ソー
ス・ドレイン領域の他方4をビット線10に共通接続す
ることを特徴とする。
(8) Further, according to the present invention, the gate insulating films 5 to 5 are
In a ferroelectric memory device in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film 7 in a part thereof is arranged in a matrix, a source / drain region 3 of each ferroelectric memory cell is formed. , 4 are provided in a common well region 2 extending in the direction of the bit line 10, the well region 2 and one of the source / drain regions 3 are short-circuited, the well region 2 is used as a drive line, and the gate electrode 8 is formed.
Is provided as a word line 11 and row selection means is provided, and the other 4 of the source / drain regions is commonly connected to the bit line 10.

【0062】この様に、共通のウエル領域2とソース・
ドレイン領域の一方3とを短絡させてウエル領域2をド
ライブ線12とすることによって、情報書き込みをウエ
ル領域2によって行うことができるので、ドライブ線1
2のためのAl配線層等の配線層が不要になり集積度が
向上すると共に、製造工程が簡素化する。
In this way, the common well region 2 and source
Information can be written by the well region 2 by short-circuiting one of the drain regions 3 and the well region 2 as the drive line 12.
A wiring layer such as an Al wiring layer for No. 2 is not required, the integration degree is improved, and the manufacturing process is simplified.

【0063】(9)また、本発明は、上記(8)におい
て、ゲート絶縁膜を絶縁膜5/浮遊ゲート6/強誘電体
膜7からなる積層構造で構成したことを特徴とする。
(9) Further, the present invention is characterized in that, in the above (8), the gate insulating film has a laminated structure of insulating film 5 / floating gate 6 / ferroelectric film 7.

【0064】この様に、絶縁膜5と強誘電体膜7との間
に浮遊ゲート6を設けているので、従来のMFMISと
同様に高品質の強誘電体膜7を再現性良く設けることが
でき、且つ、ゲート電極8に電圧を印加して強誘電体膜
7を分極させる場合に、所定のしきい値(Vth)を有す
るノーマリオフ状態を安定的に実現することができる。
Since the floating gate 6 is provided between the insulating film 5 and the ferroelectric film 7 as described above, it is possible to provide the high-quality ferroelectric film 7 with good reproducibility as in the conventional MFMIS. In addition, when a voltage is applied to the gate electrode 8 to polarize the ferroelectric film 7, a normally-off state having a predetermined threshold value (V th ) can be stably realized.

【0065】(10)また、本発明は、上記(8)また
は(9)において、強誘電体メモリセルに情報を書き込
む第3電位(VW )をチップ毎にトリミング可能にする
ために、チップ内に多結晶半導体フューズを備えた第3
電位(VW )トリミング手段を設けたことを特徴とす
る。
(10) Further, in the present invention according to (8) or (9) above, in order to enable trimming of the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell for each chip, Third with a polycrystalline semiconductor fuse inside
It is characterized in that a potential (V W ) trimming means is provided.

【0066】この様に、強誘電体メモリセルに情報を書
き込む第3電位(VW )をチップ毎にトリミング可能に
することにより、データ“1”を書き込んだ際の強誘電
体メモリセルのしきい値(Vth)を安定に設定すること
ができ、読み出しマージンを改善することができる。
As described above, the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed on a chip-by-chip basis, so that the ferroelectric memory cell can be erased when data "1" is written. The threshold value (V th ) can be set stably, and the read margin can be improved.

【0067】(11)また、本発明は、上記(8)乃至
(10)のいずれかにおいて、ゲート絶縁膜とワード線
11との間に、金属/誘電体/金属構造の2端子スイッ
チ素子を設けたことを特徴とする。
(11) Further, according to the present invention, in any one of the above (8) to (10), a two-terminal switch element having a metal / dielectric / metal structure is provided between the gate insulating film and the word line 11. It is characterized by being provided.

【0068】この様に、ゲート絶縁膜とワード線11と
の間に、金属/誘電体/金属構造、即ち、MIM構造の
2端子スイッチ素子を設けることによって、強誘電体薄
膜7の見かけ上の分極特性を極めて角形比の良い特性に
することができるので、書き込み動作の繰り返しによる
分極特性の劣化を低減でき、したがって、情報の誤書換
えを防止することができる。
As described above, by providing the two-terminal switch element of the metal / dielectric / metal structure, that is, the MIM structure between the gate insulating film and the word line 11, the apparent appearance of the ferroelectric thin film 7 is improved. Since the polarization characteristics can be made to have an extremely good squareness ratio, deterioration of the polarization characteristics due to repeated writing operations can be reduced, and therefore erroneous rewriting of information can be prevented.

【0069】なお、書き込み或いは読み出し時に、MI
M構造のI層(誘電体薄膜)と強誘電体薄膜7との間の
M層(金属)に電荷が蓄積するので、書き込み或いは読
み出し直後に、この蓄積電荷を引き出す電圧を印加して
電位を0Vにリセットする操作が必要である。
When writing or reading, MI
Since charges are accumulated in the M layer (metal) between the I layer (dielectric thin film) of the M structure and the ferroelectric thin film 7, immediately after writing or reading, a voltage for extracting the accumulated charges is applied to change the potential. Operation to reset to 0V is required.

【0070】(12)また、本発明は、上記(8)乃至
(10)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の
駆動方法において、全てのビット線10とドライブ線1
2とを同電位とし、ビット線10と全てのゲート電極8
との間に消去電圧(VE )を印加し、ゲート電極8に対
向する半導体層の表面を蓄積状態とすることによって、
全ての強誘電体メモリセルが非導通になるように分極し
てデータ“0”に対応させることにより情報を消去する
ことを特徴とする。
(12) Further, the present invention provides all the bit lines 10 and the drive lines 1 in the driving method of the ferroelectric memory device according to any one of the above (8) to (10).
2 and the same potential, and the bit line 10 and all the gate electrodes 8
By applying an erasing voltage (V E ) between the surface of the semiconductor layer and the surface of the semiconductor layer facing the gate electrode 8,
It is characterized in that all ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive and correspond to data "0" to erase information.

【0071】この様に電圧を印加することによって、通
常の消去電圧によって全ての強誘電体メモリセルの情報
を一括して消去することができるので、従来のフローテ
ィングゲートトランジスタ型のフラッシュ・メモリと同
様に動作させることができる。
By applying the voltage in this manner, the information in all the ferroelectric memory cells can be erased in a lump by a normal erase voltage, so that it is similar to the conventional floating gate transistor type flash memory. Can be operated.

【0072】(13)また、本発明は、上記(8)乃至
(10)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の
駆動方法において、ビット線10とこのビット線10に
対応するドライブ線12を同電位とし、選択したビット
線10を接地電位にすると共に、選択したワード線を第
3電位(VW )にし、且つ、非選択のワード線11及び
ビット線10を第2電位(VW /2)にすることによっ
て、選択した上記強誘電体メモリセルを読み出す際に前
記強誘電体メモリセルが導通するように分極してデータ
“1”に対応させることにより情報を書き込むことを特
徴とする強誘電体メモリ装置の駆動方法。
(13) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (8) to (10), wherein the bit line 10 and a drive line corresponding to the bit line 10 are provided. 12, the selected bit line 10 is set to the ground potential, the selected word line is set to the third potential (V W ), and the unselected word line 11 and the bit line 10 are set to the second potential (V W ). By setting W / 2), information is written by polarization so that the ferroelectric memory cell becomes conductive when reading the selected ferroelectric memory cell and corresponding to data "1". And method for driving a ferroelectric memory device.

【0073】この様に、上記(5)と同様に情報の書き
込みの際に、ゲート電極8直下に発生したチャネルとゲ
ート電極8との間に印加された電界で書込みを行うの
で、書込電圧が“0”と“1”とでアンバランスになる
ことがなく、また、非選択のワード線11及びビット線
10を第2電位(VW /2)にしておくので、図11に
示した従来の1Tr型強誘電体メモリ装置のように、誤
書き込み等の不安定さを招くことがない。
In this way, as in the case of (5) above, when writing information, writing is performed by the electric field applied between the gate electrode 8 and the channel generated immediately below the gate electrode 8, so that the writing voltage Is not unbalanced between "0" and "1", and the non-selected word line 11 and bit line 10 are set to the second potential (V W / 2). Unlike the conventional 1Tr type ferroelectric memory device, instability such as erroneous writing does not occur.

【0074】(14)また、本発明は、上記(8)乃至
(10)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置の
駆動方法において、ドライブ線12を接地電位にし、選
択したワード線11を第1電位(Vr )にすると共に、
選択したビット線10を第1電位(Vr )側にし、選択
した強誘電体メモリセルの導通・非導通を検知すること
によって誘電体メモリセルのデータを読み出すことを特
徴とする。
(14) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (8) to (10), wherein the drive line 12 is set to the ground potential and the selected word line 11 is used. To the first potential (V r ),
The selected bit line 10 is set to the first potential (V r ) side, and data of the dielectric memory cell is read by detecting conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell.

【0075】この場合は、読み出しの際に、非選択のビ
ット線10を浮遊にするが、ウエル領域2と非選択のソ
ース・ドレイン領域の一方3は短絡しているので、非選
択のソース・ドレイン領域の一方3のpn接合が順バイ
アスされることがなく、メモリセルとして確実に動作す
ることになる。
In this case, the non-selected bit line 10 is floated at the time of reading, but the well region 2 and one of the non-selected source / drain regions 3 are short-circuited. The pn junction of one of the drain regions 3 is not forward-biased, and the memory cell operates reliably.

【0076】(15)また、本発明は、上記(11)の
いずれかに記載された強誘電体メモリ装置の駆動方法に
おいて、選択したセルに正の書込電圧或いは負の書込み
電圧を印加し、夫々、正負に対応して“1”或いは
“0”を書き込むことによって、ランダムアクセスメモ
リとして動作させることを特徴とする。
(15) Further, according to the present invention, in the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (11), a positive write voltage or a negative write voltage is applied to the selected cell. It is characterized by operating as a random access memory by writing "1" or "0" corresponding to positive and negative, respectively.

【0077】この様に、ビット線10方向に伸びる選択
したセルが設けられた共通のウエル領域2に正の書込み
電圧を印加し、且つ、ゲート電極8に0Vを印加するこ
とによって、“0”の情報を随時書込みすることがで
き、また、選択したセルのゲート電極に正の書込み電圧
を印加し、且つ、選択したビット線10と同電位(0
V)になっているチャネル領域との間に印加される電圧
によって“1”の情報を書き込むことができるので、R
AM(ランダム・アクセス・メモリ)として使用するこ
とができる。
As described above, a positive write voltage is applied to the common well region 2 in which the selected cells extending in the direction of the bit line 10 are provided, and 0 V is applied to the gate electrode 8 to obtain "0". Information can be written at any time, a positive write voltage is applied to the gate electrode of the selected cell, and the same potential (0
Since the information of "1" can be written by the voltage applied between the channel region which is V) and R,
It can be used as an AM (random access memory).

【0078】(16)また、本発明は、ゲート絶縁膜の
一部に強誘電体膜を有する1個の電界効果トランジスタ
型の強誘電体メモリセルをマトリクス状に配列した強誘
電体メモリ装置において、電界効果トランジスタが薄膜
トランジスタであり、この薄膜トランジスタは、絶縁性
基板上に行方向に延在するゲート電極となるワード線、
ワード線上に設けられたゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜上
に設けられた再結晶化多結晶半導体層、この多結晶半導
体層に設けられたソース・ドレイン領域からなり、この
ソース・ドレイン領域の一方をビット線に共通接続する
と共に、ソース・ドレイン領域の他方をビット線方向に
延在するドライブ線に共通接続することを特徴とする。
(16) Further, the present invention provides a ferroelectric memory device in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film on a part of a gate insulating film is arranged in a matrix. The field-effect transistor is a thin film transistor, and the thin film transistor is a word line serving as a gate electrode extending in a row direction on an insulating substrate,
A gate insulating film provided on the word line, a recrystallized polycrystalline semiconductor layer provided on the gate insulating film, and a source / drain region provided in the polycrystalline semiconductor layer. One of the source / drain regions is formed. It is characterized in that it is commonly connected to a bit line, and the other of the source / drain regions is commonly connected to a drive line extending in the bit line direction.

【0079】この様に、電界効果トランジスタ型の強誘
電体メモリセルを薄膜トランジスタで構成することによ
って、高集積度半導体記憶装置を安価に製造することが
でき、また、ワード線を絶縁性基板上に設けているので
ワード線用のスペースを必要とせず、従来の薄膜トラン
ジスタを利用した薄膜半導体記憶装置よりも集積度を向
上することができる。
As described above, by forming the field effect transistor type ferroelectric memory cell by the thin film transistor, a highly integrated semiconductor memory device can be manufactured at low cost, and the word line is formed on the insulating substrate. Since it is provided, a space for word lines is not required, and the degree of integration can be improved as compared with the conventional thin film semiconductor memory device using a thin film transistor.

【0080】(17)また、本発明は、上記(16)に
おいて、ドライブ線に共通接続するソース・ドレイン領
域の他方とゲート電極との重なり容量を、ビット線に共
通接続するソース・ドレイン領域の一方とゲート電極と
の重なり容量よりも大きくしたことを特徴とする。
(17) Also, in the present invention according to the above (16), the overlapping capacitance between the gate electrode and the other of the source / drain regions commonly connected to the drive line is set to the source / drain region commonly connected to the bit line. It is characterized in that it is made larger than the overlapping capacitance between one side and the gate electrode.

【0081】この様に、ドライブ線に接続されるソース
・ドレイン領域とゲート電極との重なり容量(CGS
を、ビット線に接続されるソース・ドレイン領域とゲー
ト電極との重なり容量(CGD)より大きくすることによ
って、ソース・ドレイン領域の重なり領域とゲート電極
との間に印加される電界によって、“0”の情報を容易
に書き込むことができる。
Thus, the overlapping capacitance (C GS ) between the source / drain regions connected to the drive line and the gate electrode
Is made larger than the overlapping capacitance (C GD ) between the source / drain region connected to the bit line and the gate electrode, so that the electric field applied between the overlapping region of the source / drain region and the gate electrode causes Information of "0" can be easily written.

【0082】(18)また、本発明は、上記(16)ま
たは(17)において、ゲート絶縁膜を強誘電体膜/浮
遊ゲート/絶縁膜からなる積層構造で構成したことを特
徴とする。
(18) Further, the present invention is characterized in that, in the above (16) or (17), the gate insulating film has a laminated structure of a ferroelectric film / floating gate / insulating film.

【0083】この様に、強誘電体膜と絶縁膜との間に浮
遊ゲートを設けているので、ゲート電極に電圧を印加し
て強誘電体膜を分極させる場合に、所定のしきい値(V
th)を有するノーマリオフ状態を安定的に実現すること
ができ、また、アモルファスシリコン層を再結晶化する
際の熱処理及び再結晶化多結晶半導体層にソース・ドレ
イン領域を形成する際の熱処理により強誘電体膜を構成
する元素が再結晶化多結晶半導体層に拡散するのを防止
することができる。
As described above, since the floating gate is provided between the ferroelectric film and the insulating film, when a voltage is applied to the gate electrode to polarize the ferroelectric film, a predetermined threshold value ( V
a stable normally-off state having a th ) can be realized, and the heat treatment for recrystallizing the amorphous silicon layer and the heat treatment for forming the source / drain regions in the recrystallized polycrystalline semiconductor layer can enhance the stability. It is possible to prevent the elements forming the dielectric film from diffusing into the recrystallized polycrystalline semiconductor layer.

【0084】(19)また、本発明は、上記(16)乃
至(18)のいずれかにおいて、強誘電体メモリセルに
情報を書き込む第3電位(VW )をチップ毎にトリミン
グ可能にするために、チップ内に多結晶半導体フューズ
を備えた第3電位(VW )トリミング手段を設けたこと
を特徴とする。
(19) Further, according to the present invention, in any one of the above (16) to (18), the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed for each chip. In addition, a third potential (V W ) trimming means having a polycrystalline semiconductor fuse is provided in the chip.

【0085】この様に、強誘電体メモリセルに情報を書
き込む第3電位(VW )をチップ毎にトリミング可能に
することにより、データ“1”を書き込んだ際の強誘電
体メモリセルのしきい値(Vth)を安定に設定すること
ができ、読み出しマージンを改善することができる。
As described above, the third potential (V W ) for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed on a chip-by-chip basis, so that the ferroelectric memory cell can be erased when data "1" is written. The threshold value (V th ) can be set stably, and the read margin can be improved.

【0086】(20)また、本発明は、上記(16)乃
至(19)のいずれかにおいて、ゲート絶縁膜とワード
線との間に、金属/誘電体/金属構造の2端子スイッチ
素子を設けたことを特徴とする。
(20) Further, according to the present invention, in any one of the above (16) to (19), a two-terminal switch element having a metal / dielectric / metal structure is provided between the gate insulating film and the word line. It is characterized by that.

【0087】この様に、ゲート絶縁膜とワード線との間
に、MIM構造の2端子スイッチ素子を設けることによ
って、強誘電体薄膜の見かけ上の分極特性を極めて角形
比の良い特性にすることができるので、書き込み動作の
繰り返しによる分極特性の劣化を低減でき、したがっ
て、情報の誤書換えを防止することができる。
As described above, by providing the two-terminal switch element having the MIM structure between the gate insulating film and the word line, the apparent polarization characteristic of the ferroelectric thin film is made to have an extremely good squareness ratio. Therefore, it is possible to reduce the deterioration of the polarization characteristics due to the repetition of the write operation, and thus to prevent the erroneous rewriting of information.

【0088】(21)また、本発明は、上記(16)乃
至(19)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、全てのワード線を接地電位とし、
また、全てのビット線とドライブ線を消去電位(VE
にすることによって、全ての強誘電体メモリセルが非導
通になるように分極してデータ“0”に対応させること
により情報を消去することを特徴とする。
(21) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (16) to (19), wherein all the word lines are set to the ground potential,
In addition, the erase potential (V E ) is applied to all bit lines and drive lines.
In this way, all the ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive and correspond to the data "0" to erase the information.

【0089】この様に電圧を印加することによって、全
ての強誘電体メモリセルの情報を一括して消去すること
ができるので、従来のフローティングゲートトランジス
タ型のフラッシュ・メモリと同様に動作させることがで
きる。
By applying the voltage in this manner, the information in all the ferroelectric memory cells can be erased at once, so that it can be operated in the same manner as the conventional floating gate transistor type flash memory. it can.

【0090】(22)また、本発明は、上記(16)乃
至(19)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、ビット線とこのビット線に対応す
るドライブ線を同電位とし、選択したビット線を接地電
位にすると共に、選択したワード線を第3電位(VW
にし、且つ、非選択のワード線及びビット線を第2電位
(VW /2)にすることによって、選択した強誘電体メ
モリセルを読み出す際に強誘電体メモリセルが導通する
ように分極してデータ“1”に対応させることにより情
報を書き込むことを特徴とする。
(22) Further, in the present invention, in the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of (16) to (19), the bit line and the drive line corresponding to this bit line are the same. Potential, the selected bit line is set to the ground potential, and the selected word line is set to the third potential (V W ).
And by setting the non-selected word line and bit line to the second potential (V W / 2), the ferroelectric memory cell is polarized so as to be conductive when the selected ferroelectric memory cell is read. It is characterized in that information is written by associating with data "1".

【0091】この様に、情報の書き込みの際に、ワード
線直下に発生したチャネルとワード線との間に印加され
る電界によって書込みを行うので、通常の書込電圧(V
W )によって“1”の書込みが可能になり、また、非選
択のワード線及びビット線を第2電位(VW /2)にし
ておくので、図12に示した従来の1Tr型強誘電体メ
モリ装置のように、誤書き込み等の不安定さを招くこと
がない。
As described above, when writing information, since writing is performed by the electric field applied between the channel and the word line generated immediately below the word line, the normal writing voltage (V
W ) makes it possible to write "1", and since the unselected word lines and bit lines are kept at the second potential (V W / 2), the conventional 1Tr type ferroelectric substance shown in FIG. Unlike the memory device, instability such as erroneous writing does not occur.

【0092】(23)また、本発明は、上記(16)乃
至(19)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、全てのドライブ線を第1電位(V
r )にし、選択したワード線を第1電位(Vr )にする
と共に、選択したビット線を接地電位側にし、選択した
強誘電体メモリセルの導通・非導通を検知することによ
って誘電体メモリセルのデータを読み出すことを特徴と
する。
(23) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (16) to (19), wherein all the drive lines are set to the first potential (V).
r ), the selected word line is set to the first potential (V r ), the selected bit line is set to the ground potential side, and conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell is detected to detect the dielectric memory. It is characterized in that the cell data is read.

【0093】この場合は、読み出しの際に、ワード線直
下に発生したチャネルを利用しているので、安定した読
出が可能になる。
In this case, since the channel generated immediately below the word line is used for reading, stable reading is possible.

【0094】(24)また、本発明は、上記(16)乃
至(19)のいずれかに記載された強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、ドライブ線を接地電位にし、選択
したワード線を第1電位(Vr )にすると共に、選択し
たビット線を第1電位(Vr)側にし、選択した強誘電
体メモリセルの導通・非導通を検知することによって誘
電体メモリセルのデータを読み出すことを特徴とする強
誘電体メモリ装置の駆動方法。
(24) Further, the present invention is the method for driving a ferroelectric memory device according to any one of the above (16) to (19), wherein the drive line is set to the ground potential and the selected word line is set to the first potential. while the first potential (V r), and the selected bit line to a first potential (V r) side, reads the data of the ferroelectric memory cell by sensing the conduction and non-conduction of the ferroelectric memory cell selected A method of driving a ferroelectric memory device, comprising:

【0095】この様な構成によって、上記(23)とは
異なった駆動方法によっても情報の読み出しが可能にな
り、駆動方法の自由度が増すことになる。
With such a structure, it becomes possible to read information even by a driving method different from the above (23), and the degree of freedom of the driving method is increased.

【0096】(25)また、本発明は、上記(20)に
記載された強誘電体メモリ装置の駆動方法において、選
択したセルに正の書込電圧或いは負の書込み電圧を印加
し、夫々、正負に対応して“1”或いは“0”を書き込
むことによって、ランダムアクセスメモリとして動作さ
せることを特徴とする。
(25) According to the present invention, in the method for driving a ferroelectric memory device according to the above (20), a positive write voltage or a negative write voltage is applied to selected cells, respectively. It is characterized in that it operates as a random access memory by writing "1" or "0" depending on whether it is positive or negative.

【0097】この様に、選択したセルのドライブ線に正
の書込み電圧を印加し、且つ、ゲート電極に0Vを印加
し、ドライブ線に接続するソースドレイン領域の他方と
ゲート電極との間の重なり領域に印加される電界によっ
て、“0”の情報を随時書込みすることができ、また、
選択したセルのゲート電極に正の書込み電圧を印加し、
且つ、選択したビット線と同電位(0V)になっている
チャネル領域との間に印加される電圧によって“1”の
情報を書き込むことができるので、RAM(ランダム・
アクセス・メモリ)として使用することができる。
As described above, a positive write voltage is applied to the drive line of the selected cell and 0 V is applied to the gate electrode, and the other of the source / drain regions connected to the drive line overlaps with the gate electrode. Information of "0" can be written at any time by the electric field applied to the region, and
Apply a positive write voltage to the gate electrode of the selected cell,
Moreover, since the information of "1" can be written by the voltage applied between the selected bit line and the channel region having the same potential (0 V), the RAM (random.
Access memory).

【0098】[0098]

【発明の実施の形態】図2乃至図5を参照して本発明の
第1の実施の形態の強誘電体メモリ装置を説明する。な
お、図2(a)は、メモリセル構造の要部断面図であ
り、図2(b)はメモリセルの平面パターンの概略的構
成図であり、また、図3は第1の実施の形態の強誘電体
メモリセルの動作特性の説明図であり、また、図4は第
1の実施の形態における書込み動作の説明図であり、さ
らに、図5は第1の実施の形態における読み出し動作の
説明図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A ferroelectric memory device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A is a cross-sectional view of a main part of the memory cell structure, FIG. 2B is a schematic configuration diagram of a plane pattern of the memory cell, and FIG. 3 is the first embodiment. 5 is an explanatory diagram of operating characteristics of the ferroelectric memory cell of FIG. 4, FIG. 4 is an explanatory diagram of write operation in the first embodiment, and FIG. 5 is a read operation in the first embodiment. FIG.

【0099】図2(a)参照 まず、n型シリコン基板21に共通のp型ウエル領域2
2を形成し、次いで、厚さ100Å〜300Å、好適に
は250ÅのSiO2 膜、浮遊ゲートとなる厚さ150
0Å〜3000Å、好適には2000ÅのPt膜、強誘
電体膜としての厚さ1000Å〜7000Å、好適には
4000ÅのPZT薄膜、及び、Pt等の導電膜を順次
堆積させてのちパターニングすることによって、SiO
2 膜25、Pt膜26、及び、PZT薄膜27からなる
ゲート絶縁膜と、ゲート電極28を列選択線方向に複数
個配列するように形成する。なお、図においては1個し
か示していない。
First, the p-type well region 2 common to the n-type silicon substrate 21 is referred to.
2 is formed, and then a SiO 2 film having a thickness of 100 Å to 300 Å, preferably 250 Å, and a thickness of 150 to be a floating gate.
A Pt film having a thickness of 0Å to 3000Å, preferably 2000Å, a PZT thin film having a thickness of 1000Å to 7000Å as a ferroelectric film, preferably 4000Å, and a conductive film such as Pt are sequentially deposited and then patterned. SiO
A gate insulating film made of the 2 film 25, the Pt film 26, and the PZT thin film 27, and a plurality of gate electrodes 28 are formed so as to be arranged in the column selection line direction. Note that only one is shown in the figure.

【0100】次いで、ゲート電極28をマスクとしてA
s等のn型不純物を選択的に導入してn型ドレイン領域
23及びn型ソース領域24を形成し、p型ウエル領域
22にプレート線(T)29を、n型ソース領域24に
ビット線(BL)30を、ゲート電極28にワード線
(WL)31を、さらに、n型ドレイン領域23にビッ
ト線(BL)30と平行に配置されたドライブ線(D)
32を夫々接続して、強誘電体メモリセルが完成する。
Next, using the gate electrode 28 as a mask, A
An n-type impurity such as s is selectively introduced to form an n-type drain region 23 and an n-type source region 24, a plate line (T) 29 is formed in the p-type well region 22, and a bit line is formed in the n-type source region 24. (BL) 30, the word line (WL) 31 in the gate electrode 28, and the drive line (D) arranged in the n-type drain region 23 in parallel with the bit line (BL) 30.
32 are connected to each other to complete the ferroelectric memory cell.

【0101】図2(b)参照 この強誘電体メモリセルは、ミラー対称に設けられてお
り、各ビット線(BL 0 ,BL1 ・・)30にはコラム
マルチプレクサ35を介してセンス・アンプ36が接続
されている。なお、このセンス・アンプ36は、強誘電
体メモリセルの形成工程と同時に形成したp型ウエル領
域22をベース領域とし、n型ドレイン領域23及びn
型ソース領域24をエミッタ領域及びコレクタ領域とす
るラテラルバイポーラトランジスタとして形成する。
See FIG. 2B. This ferroelectric memory cell is provided in mirror symmetry.
Each bit line (BL 0, BL1・ ・) 30 is a column
Sense amplifier 36 connected via multiplexer 35
Have been. The sense amplifier 36 is a ferroelectric
P-well region formed at the same time as the body memory cell formation process
The region 22 serves as a base region and the n-type drain regions 23 and n
The type source region 24 is used as an emitter region and a collector region.
It is formed as a lateral bipolar transistor.

【0102】また、プレート線(T)29は、消去電圧
(VE )を印加する手段に接続されており、また、各ド
ライブ線(D0 ,D1 ・・)32はトランジスタ33に
よってドライブ線(D0 ,D1 ・・)32に対応するビ
ット線(BL0 ,BL1 ・・)30に接続されており、
トランジスタ33のゲートに印加する電圧によって、ビ
ット線(BL0 ,BL1 ・・)30と同電位にされた
り、切り離されたりする。
The plate line (T) 29 is connected to a means for applying an erase voltage (V E ), and each drive line (D 0 , D 1 ...) 32 is connected to a drive line by a transistor 33. Is connected to the bit line (BL 0 , BL 1 ...) 30 corresponding to (D 0 , D 1 ...) 32,
Depending on the voltage applied to the gate of the transistor 33, it is made to have the same potential as the bit lines (BL 0 , BL 1 ...) 30 or separated.

【0103】また、各ワード線(WL0 ,WL1 ・・)
31は、夫々接地電位、1.65V(VCC/2)の第1
電位(Vr )、或いは、第3電位(VW )を印加する行
選択手段、即ち、ロウマルチプレクサ34に接続されて
いる。
Further, each word line (WL 0 , WL 1 ...)
31 is the ground potential, the first of 1.65V (V CC / 2)
It is connected to the row selecting means, that is, the row multiplexer 34, which applies the potential (V r ) or the third potential (V W ).

【0104】図3(a)及び(b)参照 図3(a)は強誘電体セルの動作特性の説明図であり、
また、図3(b)は強誘電体薄膜内部の印加電界に対す
る分極の説明図であり、まず、トランジスタ33のゲー
トに高電位を印加してビット線(BL)及びドライブ線
(D)を短絡させ、全てのビット線(BL)及びドライ
ブ線(D)をフローティング(浮遊)状態とし、プレー
ト線(T)に消去電圧VE を印加し、且つ、全てのワー
ド線(WL)を接地電位を印加して強誘電体メモリセル
を非導通とし、PZT薄膜27を−Pr方向に分極反転
させてデータ“0”に対応させることによって、フロー
ティングゲートトランジスタ型のフラッシュ・メモリと
同様に全ての強誘電体メモリセルの情報を一括して消去
する。
See FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is an explanatory diagram of the operating characteristics of the ferroelectric cell.
3B is an explanatory diagram of polarization with respect to an applied electric field inside the ferroelectric thin film. First, a high potential is applied to the gate of the transistor 33 to short-circuit the bit line (BL) and the drive line (D). Then, all bit lines (BL) and drive lines (D) are brought into a floating (floating) state, the erase voltage V E is applied to the plate line (T), and all the word lines (WL) are set to the ground potential. By applying the voltage to make the ferroelectric memory cell non-conducting and reversing the polarization of the PZT thin film 27 in the -Pr direction to correspond to the data "0", all the ferroelectric memory like the floating gate transistor type flash memory. The information in the body memory cells is erased collectively.

【0105】この場合、ゲート電極28直下のp型ウエ
ル領域22の表面には蓄積状態となり、印加した電圧が
そのままPZT薄膜27に印加されるので、通常の消去
電圧(VE )によって情報を消去することができる。
In this case, the surface of the p-type well region 22 just below the gate electrode 28 is in an accumulated state, and the applied voltage is applied to the PZT thin film 27 as it is, so that the information is erased by the normal erase voltage (V E ). can do.

【0106】図4(a)及び(b)参照 次に、データ“1”を書き込む際に、まず、プレート線
(T)を接地電位にした状態で、トランジスタ33のゲ
ートに高電位を印加してビット線(BL)及びドライブ
線(D)を短絡させ、選択したビット線(BL)及びド
ライブ線(D)に0V(接地電位)を印加すると共に、
選択したワード線(WL)に第3電位(VW )を印加し
て選択した強誘電体メモリセルにデータ“1”を書き込
む。
Next, when writing the data "1", a high potential is applied to the gate of the transistor 33 with the plate line (T) at the ground potential. Bit line (BL) and drive line (D) are short-circuited, 0 V (ground potential) is applied to the selected bit line (BL) and drive line (D), and
The third potential (V W ) is applied to the selected word line (WL) to write the data “1” in the selected ferroelectric memory cell.

【0107】この場合には、ワード線に電圧を印加した
状態で、ゲート電極直下にはチャネル領域(図示せず)
が形成され、このチャネル領域がソース・ドレイン領
域、即ち、短絡されたビット線(BL)及びドライブ線
(D)と同電位になるため、選択されたセルにおいて
は、ゲート電極にVW が印加され、チャネル領域は0V
になり、その電位差VW によって強誘電体薄膜を分極し
て強誘電体メモリセルにデータ“1”を書き込む。
In this case, a channel region (not shown) is provided immediately below the gate electrode in a state where a voltage is applied to the word line.
Is formed, and this channel region has the same potential as the source / drain regions, that is, the short-circuited bit line (BL) and drive line (D), so that V W is applied to the gate electrode in the selected cell. And the channel area is 0V
Then, the ferroelectric thin film is polarized by the potential difference V W , and data “1” is written in the ferroelectric memory cell.

【0108】なお、選択しないワード線(WL)に第2
電位(VW /2)を印加し、且つ、非選択のビット線
(BL)及びドライブ線(D)にも第2電位(VW
2)を印加しておくので、非選択或いは半選択のセルに
対するデータ“1”の書き込みは禁止される。
The second word line (WL) not selected is not
Applying a potential (V W / 2), and, in the non-selected bit line (BL) and the drive line (D) a second potential (V W /
Since 2) is applied, the writing of data "1" to the non-selected or half-selected cells is prohibited.

【0109】なお、この第3電位(VW )は、読み出し
時にメモリセル出力が“1”になる様にPZT薄膜27
を+Pr方向に+Pr* だけ分極する電位であり、この
+Pr* だけ分極したメモリセルは読み出し電位を印加
した場合に導通する程度にしきい値(Vth)が低下した
ノーマリオフ状態になる。
This third potential (V W ) is applied to the PZT thin film 27 so that the memory cell output becomes "1" at the time of reading.
Is a potential polarized by + Pr * in the + Pr direction, and the memory cell polarized by + Pr * is in a normally-off state in which the threshold value (V th ) is lowered to the extent of conduction when a read potential is applied.

【0110】この様に、バイアスしているので、半選択
セルに逆電界が印加されることがなく、書込み或いは読
み出し動作を繰り返しても、分極特性が劣化することが
ないので、書き込まれたデータが破壊されることはな
い。
Since the bias is applied in this manner, the reverse electric field is not applied to the half-selected cells, and the polarization characteristics are not deteriorated even if the write or read operation is repeated, so that the written data is written. Is never destroyed.

【0111】また、“1”の書込みの際に、ゲート電極
28とチャネル領域との間に印加される電界を用い、ゲ
ート電極28とプレート線29との間の電界を利用しな
いため、反転層に起因する書込電圧の大幅な上昇を避け
ることができる。
When writing "1", the electric field applied between the gate electrode 28 and the channel region is used, and the electric field between the gate electrode 28 and the plate line 29 is not used. It is possible to avoid a large increase in the write voltage due to.

【0112】また、この第3電位(VW )がトリミング
可能になるように、多結晶シリコンフューズからなるト
リミング手段を設けた第3電位発生手段を強誘電体メモ
リ装置を構成するチップ内に設けることにより、各チッ
プ毎にメモリセル特性に応じて第3電位を任意に設定で
きるので、読み出しマージンを改善することができる。
Further, third potential generating means provided with a trimming means made of a polycrystalline silicon fuse is provided in a chip constituting the ferroelectric memory device so that the third potential (V W ) can be trimmed. As a result, the third potential can be arbitrarily set for each chip according to the memory cell characteristics, and the read margin can be improved.

【0113】図5(a)及び(b)参照 次に、情報を読み出す場合には、プレート線(T)を接
地電位にし、且つ、トランジスタ33に低電位を印加し
てビット線(BL)及びドライブ線(D)とを分離した
状態で、全てのドライブ線(D)を接地電位にし、選択
したビット線(BL)を検出抵抗37を介して第1電位
(Vr )側にし、且つ、選択したワード線(WL)に第
1電位(Vr )第1電位を印加する。なお、この場合、
選択しないビット線(BL)はフローティングにし、ま
た、選択しないワード線(WL)を0Vにする。
5 (a) and 5 (b) Next, when reading information, the plate line (T) is set to the ground potential, and a low potential is applied to the transistor 33 to set the bit line (BL) and In a state where the drive line (D) is separated, all the drive lines (D) are set to the ground potential, the selected bit line (BL) is set to the first potential (V r ) side via the detection resistor 37, and A first potential (V r ) first potential is applied to the selected word line (WL). In this case,
The unselected bit line (BL) is floated and the unselected word line (WL) is set to 0V.

【0114】この場合、メモリセルに“1”が書き込ま
れている場合には、読み出し電圧である第1電位
(Vr )の印加によりメモリセルは導通状態になり、ビ
ット線(BL)の電位変動によってセンス・アンプ36
を介して情報が検出される。なお、メモリセルに“1”
が書き込まれていない場合には、即ち、メモリセルのデ
ータが“0”の場合には、メモリセルが導通しないの
で、電位変動は生じない。
In this case, when "1" is written in the memory cell, the memory cell becomes conductive by the application of the first potential (V r ) which is the read voltage, and the potential of the bit line (BL). Variations in sense amplifier 36
Information is detected via. In addition, "1" is set to the memory cell.
Is not written, that is, when the data in the memory cell is "0", the memory cell does not conduct, so that no potential change occurs.

【0115】図3(a)及び(b)参照 また、この場合には、非選択のセル或いは半選択のセル
にVr /2或いはVrの逆電界が印加されることになる
が、図5(a)から明らかなように、逆電界が印加され
るのはゲート電極となるワード線31とn型ソース領域
24のオーバーラップ部分のみであり、さらに、図3
(a)から明らかなように、Vr ≦VW /2であるの
で、図3(b)に示すように逆電界であっても影響は少
なく、書き込まれているデータが破壊されることがない
ので、メモリセルとして確実に動作することになる。
Also, in this case, in this case, the reverse electric field of V r / 2 or V r is applied to the non-selected cells or the semi-selected cells. As is apparent from FIG. 5A, the reverse electric field is applied only to the overlapping portion of the word line 31 serving as the gate electrode and the n-type source region 24.
As is clear from (a), since V r ≤V W / 2, even if a reverse electric field is applied, as shown in FIG. 3B, the influence is small and the written data may be destroyed. Since it does not exist, the memory cell operates reliably.

【0116】また、第1の実施の形態の強誘電体メモリ
装置において別の読み出し方が可能である。即ち、プレ
ート線(T)接地電位にし、且つ、トランジスタ33に
低電位を印加してビット線(BL)及びドライブ線
(D)とを分離した状態で、全てのドライブ線(D)を
第1電位(Vr )にし、選択したビット線(BL)を検
出抵抗37を介して接地電位側にし、且つ、選択したワ
ード線(WL)に第1電位(Vr)第1電位を印加す
る。なお、この場合、選択しないビット線(BL)はフ
ローティングにし、また、選択しないワード線(WL)
を0Vにする。
Further, another reading method is possible in the ferroelectric memory device of the first embodiment. That is, with the plate line (T) at the ground potential, and the low potential is applied to the transistor 33 to separate the bit line (BL) and the drive line (D), all the drive lines (D) are set to the first potential. The potential (V r ) is set, the selected bit line (BL) is set to the ground potential side through the detection resistor 37, and the first potential (V r ) first potential is applied to the selected word line (WL). In this case, the unselected bit lines (BL) are floated and the unselected word lines (WL) are
To 0V.

【0117】この場合に、メモリセルに“1”が書き込
まれている場合には、読み出し電圧Vr の印加によりメ
モリセルは導通状態になり、ビット線(BL)の電位変
動によってセンス・アンプを介して情報が検出され、ま
た、メモリセルに“1”が書き込まれていない場合に
は、メモリセルが導通しないので、電位変動は生じな
い。
In this case, when "1" is written in the memory cell, the memory cell becomes conductive by applying the read voltage V r , and the sense amplifier is turned on by the potential change of the bit line (BL). When information is detected via the memory cell and "1" is not written in the memory cell, the memory cell does not conduct, so that no potential fluctuation occurs.

【0118】この第1の実施の形態の強誘電体メモリ装
置は、集積度が高く、且つ、書込み動作時に非選択のセ
ル或いは半選択のセルに逆電界が印加されないので動作
が安定であり、高集積度の低速ファイルメモリ用として
有用である。
The ferroelectric memory device of the first embodiment has a high degree of integration and is stable in operation because the reverse electric field is not applied to the non-selected cells or the half-selected cells during the write operation. It is useful for low density file memory with high integration.

【0119】なお、上記の第1の実施の形態の説明にお
いては、浮遊ゲートとしてのPt膜26を設けている
が、Pt膜26を設けた方がその上に設けるPZT薄膜
27の品質が向上し、且つ、メモリセルを再現性良く低
しきい値のノーマリオフ状態にすることができるが、必
ずしも必要なものではなく、SiO2 膜25の上にPZ
T薄膜27を直接設けても良い。
In the above description of the first embodiment, the Pt film 26 as the floating gate is provided, but providing the Pt film 26 improves the quality of the PZT thin film 27 provided thereon. In addition, the memory cell can be brought into a low threshold normally-off state with good reproducibility, but this is not always necessary, and the PZ film is formed on the SiO 2 film 25.
The T thin film 27 may be directly provided.

【0120】次に、図6を参照して、本発明の第2の実
施の形態であるビット線方向に伸びる共通のウエル領域
を用いた強誘電体メモリ装置のセル構造を説明する。な
お、図6(a)は、メモリセル構造の要部断面図であ
り、図6(b)はメモリセルの平面パターンの概略的構
成図である。
A cell structure of the ferroelectric memory device according to the second embodiment of the present invention using a common well region extending in the bit line direction will be described with reference to FIG. 6A is a cross-sectional view of a main part of the memory cell structure, and FIG. 6B is a schematic configuration diagram of a plane pattern of the memory cell.

【0121】図6(a)参照 まず、n型シリコン基板21にビット線(BL)30と
同様に列選択線方向に伸びる共通のp型ウエル領域22
を形成し、次いで、第1の実施の形態と同様に厚さ10
0Å〜300Å、好適には250ÅのSiO2 膜、浮遊
ゲートとなる厚さ1500Å〜3000Å、好適には2
000ÅのPt膜、強誘電体膜としての厚さ1000Å
〜7000Å、好適には4000ÅのPZT薄膜、及
び、Pt等の導電膜を順次堆積させてのちパターニング
することによって、SiO2 膜25、Pt膜26、及
び、PZT薄膜27からなるゲート絶縁膜とゲート電極
28を各p型ウエル領域22に形成する。
Referring to FIG. 6A, first, a common p-type well region 22 extending in the column selection line direction is formed on the n-type silicon substrate 21 similarly to the bit line (BL) 30.
And then a thickness 10 is formed as in the first embodiment.
0 Å to 300 Å, preferably 250 Å SiO 2 film, thickness of 1500 Å to 3000 Å to be a floating gate, preferably 2
000Å Pt film, thickness 1000Å as a ferroelectric film
.About.7000 Å, preferably 4000 Å, PZT thin film and conductive film such as Pt are sequentially deposited and then patterned to form a gate insulating film and a gate made of a SiO 2 film 25, a Pt film 26 and a PZT thin film 27. An electrode 28 is formed in each p-type well region 22.

【0122】次いで、ゲート電極28をマスクとしてA
s等のn型不純物を選択的に導入してn型ドレイン領域
23及びn型ソース領域24を形成し、p型ウエル領域
22とn型ドレイン領域23とを電気的に短絡させてp
型ウエル領域22をドライブ線(D)32とし、また、
ゲート電極28にワード線(WL)31を、n型ソース
領域24にビット線(BL)30を夫々接続して、強誘
電体メモリセルが完成する。
Next, using the gate electrode 28 as a mask, A
An n-type impurity such as s is selectively introduced to form the n-type drain region 23 and the n-type source region 24, and the p-type well region 22 and the n-type drain region 23 are electrically short-circuited to p
The type well region 22 is used as a drive line (D) 32, and
A word line (WL) 31 is connected to the gate electrode 28 and a bit line (BL) 30 is connected to the n-type source region 24, respectively, to complete a ferroelectric memory cell.

【0123】図6(b)参照 この強誘電体メモリセルは、各ビット線(BL0 ,BL
1 ・・)30にはコラムマルチプレクサ35を介してセ
ンス・アンプ36が接続されている。なお、このセンス
・アンプ36は、強誘電体メモリセルの形成工程と同時
に形成したp型ウエル領域22をベース領域とし、n型
ドレイン領域23及びn型ソース領域24をエミッタ領
域及びコレクタ領域とするラテラルバイポーラトランジ
スタとして形成する。
See FIG. 6B. This ferroelectric memory cell has bit lines (BL 0 , BL
A sense amplifier 36 is connected to the 1 ...) 30 via a column multiplexer 35. The sense amplifier 36 uses the p-type well region 22 formed at the same time as the step of forming the ferroelectric memory cell as a base region, and the n-type drain region 23 and the n-type source region 24 as an emitter region and a collector region. It is formed as a lateral bipolar transistor.

【0124】また、各ドライブ線(D0 ,D1 ・・)3
2はp型ウエル領域22を介して消去電圧(VE )を印
加する手段に接続されており、また、各ドライブ線(D
0 ,D1 ・・)32はトランジスタ33によってドライ
ブ線(D0 ,D1 ・・)32に対応するビット線(BL
0 ,BL1 ・・)30に接続されており、トランジスタ
33のゲートに印加する電圧によって、ビット線(BL
0 ,BL1 ・・)30と同電位にされたり、切り離され
たりする。
Further, each drive line (D 0 , D 1 ...) 3
Reference numeral 2 is connected to a means for applying an erase voltage (V E ) via the p-type well region 22, and each drive line (D
0 , D 1 ··· 32 is connected to the bit line (BL) corresponding to the drive line (D 0 , D 1 ··) 32 by the transistor 33.
0 , BL 1 ...) 30 and is applied to the bit line (BL
0 , BL 1 ···) 30 and the same potential, or separated.

【0125】また、各ワード線(WL0 ,WL1 ・・)
31は、夫々接地電位、第1電位(Vr )、或いは、第
3電位(VW )を印加する行選択手段、即ち、ロウマル
チプレクサ34に接続されている。
Further, each word line (WL 0 , WL 1 ...)
Reference numeral 31 is connected to a row selection means, that is, a row multiplexer 34 for applying the ground potential, the first potential (V r ) or the third potential (V W ), respectively.

【0126】この場合、ドライブ線(D)及びプレート
線(T)として、ストライプ状のp型ウエル領域22を
用いているので、ドライブ線(D)用の別個のAl配線
層用スペースが不要となって集積度が向上すると共に、
Al配線層を省略することができるので、製造工程が簡
素化する。
In this case, since the stripe-shaped p-type well region 22 is used as the drive line (D) and the plate line (T), a separate Al wiring layer space for the drive line (D) is unnecessary. As the degree of integration increases,
Since the Al wiring layer can be omitted, the manufacturing process is simplified.

【0127】次に、同じく図6(b)を参照して第2の
実施の形態の強誘電体メモリ装置の駆動方法を説明す
る。なお、この第2の実施の形態の強誘電体メモリセル
の動作特性は第1の実施の形態の強誘電体メモリセルの
動作特性と基本的に同様である。
Next, referring to FIG. 6B as well, a method of driving the ferroelectric memory device according to the second embodiment will be described. The operation characteristics of the ferroelectric memory cell of the second embodiment are basically the same as the operation characteristics of the ferroelectric memory cell of the first embodiment.

【0128】図6(b)参照 まず、トランジスタ33のゲートに高電位を印加してビ
ット線(BL)及びドライブ線(D)を短絡させ、全て
のビット線(BL)に消去電圧VE を印加し、且つ、全
てのワード線(WL)を接地電位を印加して強誘電体メ
モリセルを非導通とし、PZT薄膜27を−Pr方向に
分極反転させてデータ“0”に対応させることによっ
て、フローティングゲートトランジスタ型のフラッシュ
・メモリと同様に全ての強誘電体メモリセルの情報を一
括して消去する。
First, a high potential is applied to the gate of the transistor 33 to short-circuit the bit line (BL) and the drive line (D), and the erase voltage V E is applied to all bit lines (BL). By applying the ground potential to all the word lines (WL) to make the ferroelectric memory cells non-conductive, the PZT thin film 27 is polarization-inverted in the -Pr direction to correspond to the data "0". In the same way as the floating gate transistor type flash memory, the information in all the ferroelectric memory cells is erased collectively.

【0129】この場合も、ゲート電極28直下のp型ウ
エル領域22の表面には蓄積状態となり、印加した電圧
がそのままPZT薄膜27に印加されるので、通常の消
去電圧(VE )によって情報を消去することができる。
In this case as well, the surface of the p-type well region 22 immediately below the gate electrode 28 is in an accumulated state, and the applied voltage is applied to the PZT thin film 27 as it is, so that information can be obtained by the normal erase voltage (V E ). Can be erased.

【0130】次に、データ“1”を書き込む際に、トラ
ンジスタ33のゲートに高電位を印加してビット線(B
L)及びドライブ線(D)を短絡させ、選択したビット
線(BL)に接地電位を印加すると共に、選択したワー
ド線(WL)に第3電位(V W )を印加して選択した強
誘電体メモリセルにデータ“1”を書き込む。なお、選
択しないビット線(BL)及びワード線(WL)に1.
65Vの第2電位(VW /2)を印加しておく。
Next, when writing the data "1",
By applying a high potential to the gate of the transistor 33, the bit line (B
L) and drive line (D) are short-circuited and the selected bit
Apply the ground potential to the line (BL) and select the selected wire.
The third potential (V W) Is applied to select the strong
Data "1" is written in the dielectric memory cell. In addition, selection
1. For the bit line (BL) and word line (WL) that are not selected,
65V second potential (VW/ 2) is applied.

【0131】この第3電位の内容は、第1の実施の形態
と実質的に同様であり、且つ、トリミング手段を設ける
点においても同様であり、また、書き込み動作の安定
化、或いは、書き込まれたデータの破壊防止についても
第1の実施の形態と同様の効果が得られるものである。
The content of the third potential is substantially the same as that of the first embodiment, and is the same in that the trimming means is provided, and the write operation is stabilized or written. With respect to the data destruction prevention, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

【0132】また、“1”の書込みの際に、ゲート電極
28とチャネル領域との間に印加される電界を用い、ゲ
ート電極28とp型ウエル領域22との間の電界を利用
しないため、反転層に起因する書込電圧の大幅な上昇を
避けることができる。
When writing "1", the electric field applied between the gate electrode 28 and the channel region is used, and the electric field between the gate electrode 28 and the p-type well region 22 is not used. It is possible to avoid a large increase in the write voltage due to the inversion layer.

【0133】次に、情報を読み出す場合には、トランジ
スタ33に低電位を印加してビット線(BL)及びドラ
イブ線(D)とを分離した状態で、全てのドライブ線
(D)を接地電位にし、選択したビット線(BL)を検
出抵抗37を介して第1電位(Vr )側にし、且つ、選
択したワード線(WL)に第1電位(Vr )を印加す
る。なお、この場合、選択しないビット線(BL)はフ
ローティングにし、また、選択しないワード線(WL)
を0Vにする。
Next, when reading information, all drive lines (D) are grounded with a low potential applied to the transistor 33 to separate the bit line (BL) and drive line (D). Then, the selected bit line (BL) is set to the first potential (V r ) side through the detection resistor 37, and the first potential (V r ) is applied to the selected word line (WL). In this case, the unselected bit lines (BL) are floated and the unselected word lines (WL) are
To 0V.

【0134】なお、この場合の情報検出原理は第1の実
施の形態と同様であり、また、読み出しの際に、非選択
のビット線(BL)をフローティングにするが、p型ウ
エル領域22と非選択のn型ドレイン領域23は短絡し
ているので、非選択のn型ドレイン領域23のpn接合
が順バイアスされることがなく、メモリセルとして確実
に動作することになる。
The information detection principle in this case is the same as that of the first embodiment, and the non-selected bit line (BL) is floated at the time of reading, but the p-type well region 22 and Since the non-selected n-type drain region 23 is short-circuited, the pn junction of the non-selected n-type drain region 23 is not forward-biased, and the memory cell operates reliably.

【0135】この第2の実施の形態の強誘電体メモリ装
置も、集積度が高く、動作が安定であるので、第1の実
施の形態の強誘電体メモリ装置と同様に高集積度の低速
ファイルメモリ用として有用である。
Since the ferroelectric memory device of the second embodiment also has a high degree of integration and stable operation, it has a high degree of integration and a low speed like the ferroelectric memory device of the first embodiment. It is useful for file memory.

【0136】なお、上記の第2の実施の形態の説明にお
いても、浮遊ゲートとしてのPt膜26を設けている
が、Pt膜26を設けた方がその上に設けるPZT薄膜
27の品質が向上し、且つ、メモリセルを再現性良く低
しきい値のノーマリオフ状態にすることができるが、必
ずしも必要なものではなく、SiO2 膜25の上にPZ
T薄膜27を直接設けても良い。
Although the Pt film 26 as the floating gate is provided also in the description of the second embodiment, providing the Pt film 26 improves the quality of the PZT thin film 27 provided thereon. and, and, although the memory cell can be normally-off state of good reproducibility low threshold, not always necessary, PZ on the SiO 2 film 25
The T thin film 27 may be directly provided.

【0137】また、上記第2の実施の形態の駆動方法の
説明においては、情報を一括消去するフラッシュメモリ
的な駆動方法を説明しているが、この第2の実施の形態
のセル構造の場合にはRAM的な動作をさせることも可
能である。
In the description of the driving method according to the second embodiment, a flash memory-like driving method for collectively erasing information is described. However, in the case of the cell structure according to the second embodiment. It is also possible to make the RAM operate like a RAM.

【0138】図6(b)参照 即ち、“1”の情報を書き込む時は、フラッシュメモリ
的駆動方法と同じであるが、“0”の情報を随時書込み
する場合には、トランジスタ33のゲートに高電位を印
加してビット線(BL)及びドライブ線(D)を短絡さ
せ、選択したビット線(BL)、即ち、ドライブ線
(D)に第3電位(VW )を印加すると共に、選択した
ワード線(WL)に接地電位を印加し、ドライブ線
(D)と短絡しているp型ウエル領域22とゲート電極
28との間に印加される電圧VW によって、選択した強
誘電体メモリセルにデータ“0”を書き込む。
See FIG. 6B. That is, when writing "1" information is the same as the flash memory driving method, but when writing "0" information at any time, the gate of the transistor 33 is to be written. A high potential is applied to short-circuit the bit line (BL) and the drive line (D), and the third potential (V W ) is applied to the selected bit line (BL), that is, the drive line (D), and at the same time selected. The ground potential is applied to the selected word line (WL), and the voltage V W applied between the gate electrode 28 and the p-type well region 22 short-circuited with the drive line (D) causes the selected ferroelectric memory. Write data "0" to the cell.

【0139】この様にバイアスすることによって、
“1”が書き込まれていた強誘電体メモリセルに、通常
の書込み電圧VW によってデータ“0”を随時書き込み
することができるので、RAM的な動作が可能になる。
なお、選択しないビット線(BL)及びワード線(W
L)に第2電位(VW /2)を印加しておく。但し、半
選択セルに逆電圧がかかるので、工夫が必要となるが、
それについては後で述べることとする。
By biasing in this way,
Since the data "0" can be written at any time to the ferroelectric memory cell in which "1" has been written by the normal write voltage V W , a RAM-like operation becomes possible.
In addition, unselected bit lines (BL) and word lines (W
The second potential (V W / 2) is applied to L). However, since a reverse voltage is applied to the half-selected cell, it is necessary to devise it.
This will be described later.

【0140】次に、図7を参照して、本発明の第3の実
施の形態の薄膜半導体層を用いた強誘電体メモリ装置を
説明する。なお、図7(a)は、メモリセルの要部断面
図であり、図7(b)はメモリセルの平面パターンの概
略的構成図である。
Next, with reference to FIG. 7, a ferroelectric memory device using a thin film semiconductor layer according to a third embodiment of the present invention will be described. Note that FIG. 7A is a cross-sectional view of a main part of the memory cell, and FIG. 7B is a schematic configuration diagram of a plane pattern of the memory cell.

【0141】図7(a)参照 まず、石英基板41にスパッタリング法を用いて形成し
た厚さ1000〜3000Å、好適には2000ÅのS
iO2 膜42を介して、厚さ500〜1500Å、好適
には1000ÅのTi膜及び厚さ1500〜3000
Å、好適には2000ÅのPt膜を堆積させてパターニ
ングすることによって行選択線方向に延在するワード線
43を形成する。
Referring to FIG. 7A, first, an S film having a thickness of 1000 to 3000 Å, preferably 2000 Å, formed on the quartz substrate 41 by the sputtering method.
A Ti film having a thickness of 500 to 1500Å, preferably 1000Å, and a thickness of 1500 to 3000 through the iO 2 film 42.
A word line 43 extending in the row selection line direction is formed by depositing a Pt film of Å, preferably 2000 Å and patterning it.

【0142】次いで、全面に強誘電体膜としての厚さ1
000Å〜7000Å、好適には4000ÅのPZT薄
膜、及び、浮遊ゲートとなる厚さ1500Å〜3000
Å、好適には2000ÅのPt膜を堆積させたのちパタ
ーニングすることによって、PZT薄膜44及び浮遊ゲ
ート45を形成する。
Next, the thickness 1 as a ferroelectric film is formed on the entire surface.
000 Å to 7,000 Å, preferably 4000 Å PZT thin film, and a thickness of 1500 Å to 3000 to be a floating gate
The PZT thin film 44 and the floating gate 45 are formed by depositing a Pt film of Å, preferably 2000 Å and then patterning.

【0143】次いで、全面にSiO2 膜等からなる厚さ
500Å〜1500Å、好適には1000Åの絶縁膜を
堆積させたのち、その上に厚さ500Å〜1500Å、
好適には800Åのアモルファスシリコン膜を堆積さ
せ、レーザ・アニールすることによってアモルファスシ
リコン膜を再結晶化し多結晶シリコン膜に変換する。
Next, after depositing an insulating film having a thickness of 500Å to 1500Å, preferably 1000Å, which is made of a SiO 2 film or the like on the entire surface, a thickness of 500Å to 1500Å is deposited thereon.
Preferably, an amorphous silicon film having a thickness of 800 Å is deposited, and the amorphous silicon film is recrystallized by laser annealing to be converted into a polycrystalline silicon film.

【0144】次いで、多結晶シリコン膜をパターニング
してミラー対称の一対のメモリセルを構成する島状のi
型多結晶シリコン領域47を形成したのち、全面にシリ
コン窒化膜を堆積させてパターニングすることによって
チャネル保護膜48を形成する。
Then, the polycrystalline silicon film is patterned to form an island-shaped i which constitutes a pair of mirror-symmetric memory cells.
After forming the type polycrystalline silicon region 47, a channel protection film 48 is formed by depositing and patterning a silicon nitride film on the entire surface.

【0145】次いで、チャネル保護膜48をマスクとし
てAs等のn型不純物を選択的に導入して、n+ 型ソー
ス領域49及びn+ 型ドレイン領域50を形成したの
ち、全面に厚さ500〜3000Å、好適には1000
Åのn+ 型多結晶シリコン膜を堆積してパターニングす
ることによって多結晶シリコンパッド51,52を形成
する。
Next, an n-type impurity such as As is selectively introduced by using the channel protective film 48 as a mask to form an n + -type source region 49 and an n + -type drain region 50. 3000Å, preferably 1000
Polycrystalline silicon pads 51 and 52 are formed by depositing and patterning an n + -type polycrystalline silicon film of Å.

【0146】なお、この場合、チャネル保護膜48をn
+ 型ドレイン領域50寄りに設けて、n+ 型ソース領域
49とゲート電極となるワード線43との重なりが、n
+ 型ドレイン領域50とゲート電極となるワード線43
との重なりよりも大きくなるようにすること、即ち、n
+ 型ソース領域49の寄生容量CGSがn+ 型ドレイン領
域50の寄生容量CGDよりも大きくなるようにすること
が望ましい。
In this case, the channel protection film 48 is formed by
Provided near the + type drain region 50, the n + type source region 49 and the word line 43 serving as a gate electrode are overlapped with each other by n
+ Type drain region 50 and word line 43 to be a gate electrode
To be larger than the overlap with, that is, n
It is desirable that the parasitic capacitance C GS of the + type source region 49 be larger than the parasitic capacitance C GD of the n + type drain region 50.

【0147】次いで、図示しないものの、全面にPCV
D法(プラズマCVD法)によりSiO2 膜を堆積し、
電極形成のための開口部を形成したのち、全面にWSi
等の導電膜を堆積させたのちパターニングすることによ
って多結晶シリコンパット51,52に夫々接続し、且
つ、同じ列方向に伸びるビット線(BL)53及びドラ
イブ線(D)54を形成する。
Next, although not shown, the entire surface is PCV
SiO 2 film is deposited by D method (plasma CVD method),
After forming an opening for electrode formation, WSi is formed on the entire surface.
By depositing a conductive film such as the above and then patterning, a bit line (BL) 53 and a drive line (D) 54 which are connected to the polycrystalline silicon pads 51 and 52 and extend in the same column direction are formed.

【0148】図7(b)参照 この強誘電体メモリセルは、ミラー対称に設けられてお
り、各ビット線(BL 0 ,BL1 ・・)53には図示し
ないものの、列選択トランジスタ及び第1電位(Vr
に接続された検出抵抗を介してセンス・アンプが接続さ
れている。なお、このセンス・アンプは、強誘電体メモ
リセルの形成工程と同時に形成したnチャネル薄膜トラ
ンジスタを利用して構成する。
See FIG. 7B. This ferroelectric memory cell is provided in mirror symmetry.
Each bit line (BL 0, BL1・ ・) 53
Although not present, the column selection transistor and the first potential (Vr)
The sense amplifier is connected through a sense resistor connected to
Have been. This sense amplifier is a ferroelectric memory.
N-channel thin film transistor formed at the same time as the process of forming the resell
It is configured using a register.

【0149】この様に強誘電体メモリセルをアクティブ
マトリクス型液晶表示装置において製造技術が確立して
いる薄膜半導体層を利用して構成しているので、低コス
ト化が可能になり、また、ワード線(WL)を石英基板
41側に設けているのでワード線(WL)用の別個の配
線用スペースが不要となり、集積度が向上する。
As described above, since the ferroelectric memory cell is constructed by using the thin film semiconductor layer whose manufacturing technique is established in the active matrix type liquid crystal display device, the cost can be reduced and the word can be obtained. Since the line (WL) is provided on the side of the quartz substrate 41, a separate wiring space for the word line (WL) is not needed, and the degree of integration is improved.

【0150】この強誘電体メモリ装置の駆動方法を、再
び図7(b)を参照して説明する。 図7(b)参照 まず、図示しないトランジスタのゲートに高電位を印加
してドライブ線(D)とビット線(BL)を短絡させた
状態で、全てのビット線(BL)に消去電圧V E を印加
し、且つ、全てのワード線(WL)を接地電位を印加し
て強誘電体メモリセルを非導通とし、PZT薄膜27を
−Pr方向に分極反転させてデータ“0”に対応させる
ことによって、フローティングゲートトランジスタ型の
フラッシュ・メモリと同様に全ての強誘電体メモリセル
の情報を一括して消去する。
The driving method of this ferroelectric memory device is
And FIG. 7 (b). See FIG. 7B. First, a high potential is applied to the gate of a transistor (not shown).
And short-circuited the drive line (D) and the bit line (BL)
In this state, erase voltage V is applied to all bit lines (BL). EApply
And apply the ground potential to all word lines (WL)
To make the ferroelectric memory cell non-conductive, and to remove the PZT thin film 27.
Polarization is inverted in the -Pr direction to correspond to data "0"
By the floating gate transistor type
All ferroelectric memory cells as well as flash memory
Delete all information in batch.

【0151】この場合、n+ 型ソース領域49の不純物
濃度が非常に高いので、n+ 型ソース領域49の表面に
反転層は形成されず、n+ 型ソース領域49に印加され
た電圧はそのままPZT薄膜44に印加されることにな
るので、通常の消去電圧VEによって情報を消去するこ
とができる。
[0151] In this case, since the impurity concentration of the n + -type source region 49 is very high, n + -type inversion layer on the surface of the source region 49 is not formed, n + -type source voltage applied to region 49 as it is Since it is applied to the PZT thin film 44, information can be erased by the normal erase voltage V E.

【0152】次に、データ“1”を書き込む際に、図示
しないトランジスタのゲートに高電位を印加してビット
線(BL)及びドライブ線(D)を短絡させ、選択した
ビット線(BL)に接地電位を印加すると共に、選択し
たワード線(WL)に第3電位(VW )を印加して選択
した強誘電体メモリセルにデータ“1”を書き込む。な
お、選択しないビット線(BL)及びワード線(WL)
に第2電位(VW /2)を印加しておく。
Next, when writing data "1", a high potential is applied to the gate of a transistor (not shown) to short-circuit the bit line (BL) and drive line (D), and the selected bit line (BL) is connected. While applying the ground potential, the third potential (V W ) is applied to the selected word line (WL) to write the data “1” in the selected ferroelectric memory cell. Note that unselected bit lines (BL) and word lines (WL)
The second potential (V W / 2) is applied to the.

【0153】なお、この第3電位(VW )は、読み出し
時にメモリセル出力が“1”になる様にPZT薄膜44
を+Pr方向に+Pr* だけ分極する電位であり、この
+Pr* だけ分極したメモリセルは読み出し電位を印加
した場合に導通する程度にしきい値(Vth)が低下した
ノーマリオフ状態になる。
The third potential (V W ) is applied to the PZT thin film 44 so that the memory cell output becomes "1" at the time of reading.
Is a potential polarized by + Pr * in the + Pr direction, and the memory cell polarized by + Pr * is in a normally-off state in which the threshold value (V th ) is lowered to the extent of conduction when a read potential is applied.

【0154】この場合も、第3電位(VW )がトリミン
グ可能になるように、多結晶シリコンフューズからなる
トリミング手段を設けた第3電位発生手段を強誘電体メ
モリ装置を構成するチップ内に設けることにより、各チ
ップ毎にメモリセル特性に応じて第3電位を任意に設定
できるので、読み出しマージンを改善することができ
る。
Also in this case, the third potential generating means provided with the trimming means made of a polycrystalline silicon fuse is provided in the chip constituting the ferroelectric memory device so that the third potential (V W ) can be trimmed. By providing the third potential, the third potential can be arbitrarily set according to the memory cell characteristics for each chip, and thus the read margin can be improved.

【0155】また、この場合も、“1”の書込みの際
に、ゲート電極となるワード線43とチャネル領域との
間に印加される電界を用い、ワード線43とi型多結晶
シリコン領域47との間に印加される電界を利用しない
ため、反転層に起因する書込電圧の大幅な上昇を避ける
ことができる。
Also in this case, when writing "1", the electric field applied between the word line 43 serving as the gate electrode and the channel region is used, and the word line 43 and the i-type polycrystalline silicon region 47 are used. Since the electric field applied between and is not used, a large increase in the write voltage due to the inversion layer can be avoided.

【0156】次に、情報を読み出す場合には、図示しな
いトランジスタのゲートに低電位を印加してビット線
(BL)及びドライブ線(D)とを分離した状態で、全
てのドライブ線(D)を接地電位にし、選択したビット
線(BL)を検出抵抗を介して第1電位(Vr )側に
し、且つ、選択したワード線(WL)に第1電位
(Vr )を印加する。なお、この場合、選択しないビッ
ト線(BL)はフローティングにし、また、選択しない
ワード線(WL)を0Vにする。
Next, when reading information, all the drive lines (D) are separated with the bit line (BL) and the drive line (D) separated by applying a low potential to the gate of a transistor (not shown). Is set to the ground potential, the selected bit line (BL) is set to the first potential (V r ) side through the detection resistor, and the first potential (V r ) is applied to the selected word line (WL). In this case, the unselected bit lines (BL) are made floating and the unselected word lines (WL) are set to 0V.

【0157】なお、この場合の情報検出原理は第1の実
施の形態と同様であり、半選択のセルに印加されるVr
/2の逆電界は非常の小さいので、読み出し動作に伴う
誤書換えの問題はない。
The principle of information detection in this case is similar to that of the first embodiment, and V r applied to the half-selected cells is the same.
Since the reverse electric field of / 2 is very small, there is no problem of erroneous rewriting accompanying the read operation.

【0158】また、第3の実施の形態の強誘電体メモリ
装置において別の読み出し方が可能である。即ち、図示
しないトランジスタのゲートに低電位を印加してビット
線(BL)及びドライブ線(D)とを分離した状態で、
全てのドライブ線(D)を第1電位(Vr )にし、選択
したビット線(BL)を検出抵抗を介して接地電位側に
し、且つ、選択したワード線(WL)に第1電位
(Vr )を印加する。なお、この場合、選択しないビッ
ト線(BL)はフローティングにし、また、選択しない
ワード線(WL)を0Vにする。
Further, another reading method is possible in the ferroelectric memory device of the third embodiment. That is, a low potential is applied to the gate of a transistor (not shown) to separate the bit line (BL) and the drive line (D),
All the drive lines (D) are set to the first potential (V r ), the selected bit line (BL) is set to the ground potential side via the detection resistor, and the selected word line (WL) is set to the first potential (V r ). r ) is applied. In this case, the unselected bit lines (BL) are made floating and the unselected word lines (WL) are set to 0V.

【0159】この第3の実施の形態の強誘電体メモリ装
置は、0.5μmルールで設計した場合、メモリセルの
サイズを1.5×3μmにすることによって、16Mb
itのメイン・メモリ用の半導体記憶装置を6×12m
mのチップ面積で実現することが可能になる。
When the ferroelectric memory device of the third embodiment is designed according to the rule of 0.5 μm, the size of the memory cell is set to 1.5 × 3 μm to obtain 16 Mb.
6 x 12m semiconductor memory device for it's main memory
It can be realized with a chip area of m.

【0160】なお、上記の第3の実施の形態の説明にお
いては、浮遊ゲート45としてのPt膜を設けており、
メモリセルを再現性良く低しきい値のノーマリオフ状態
にすることができるが、PZT薄膜44の形成後に動作
領域となるi型多結晶シリコン領域47を形成してお
り、PZT薄膜44が素子のチャネル界面に影響を及ぼ
すことが少ないので必ずしも必要なものではなく、PZ
T薄膜44の上に絶縁膜46を直接設けても良い。
In the above description of the third embodiment, the Pt film as the floating gate 45 is provided,
Although the memory cell can be brought into a normally-off state with a low threshold value with good reproducibility, the i-type polycrystalline silicon region 47 serving as an operating region is formed after the PZT thin film 44 is formed, and the PZT thin film 44 serves as a channel of the device. It is not necessary because it has little effect on the interface.
The insulating film 46 may be directly provided on the T thin film 44.

【0161】また、上記第3の実施の形態の説明におい
ても、情報を一括消去するフラッシュメモリ的な駆動方
法を説明しているが、この第3の実施の形態のセル構造
の場合にもRAM的な動作をさせることも可能である。
Also, in the description of the third embodiment described above, a flash memory-like driving method for collectively erasing information is described. However, even in the case of the cell structure of the third embodiment, a RAM is also used. It is also possible to perform a specific operation.

【0162】図7(b)参照 即ち、“1”の情報を書き込む時は、フラッシュメモリ
的駆動方法と同じであるが、“0”の情報を随時書込み
する場合には、図示しないトランジスタのゲートに高電
位を印加してビット線(BL)及びドライブ線(D)を
短絡させ、選択したビット線(BL)、即ち、ドライブ
線(D)に第3電位(VW )を印加すると共に、選択し
たワード線(WL)に接地電位を印加し、ドライブ線
(D)と接続しているn+ 型ソース領域49とゲート電
極となるワード線43との重なり部分に印加される電圧
W によって、選択した強誘電体メモリセルにデータ
“0”を書き込む。
See FIG. 7B. That is, when writing "1" information, it is the same as the flash memory driving method, but when writing "0" information at any time, the gate of a transistor (not shown) is shown. To the bit line (BL) and the drive line (D) by applying a high potential to the selected bit line (BL), that is, the drive line (D), and the third potential (V W ) A ground potential is applied to the selected word line (WL), and the voltage V W is applied to the overlapping portion of the n + type source region 49 connected to the drive line (D) and the word line 43 serving as the gate electrode. , Write data "0" in the selected ferroelectric memory cell.

【0163】この場合、n+ 型ソース領域49の不純物
濃度が非常に高いので、n+ 型ソース領域49の表面に
反転層は形成されず、n+ 型ソース領域49に印加され
た電圧はそのままPZT薄膜44に印加されることにな
るので、“1”が書き込まれていた強誘電体メモリセル
に、通常の書込み電圧VW によってデータ“0”を随時
書き込むすることができるので、RAM的な動作が可能
になる。なお、選択しないビット線(BL)及びワード
線(WL)に第2電位(VW /2)を印加しておく。
[0163] In this case, since the impurity concentration of the n + -type source region 49 is very high, n + -type inversion layer on the surface of the source region 49 is not formed, n + -type source voltage applied to region 49 as it is Since it is applied to the PZT thin film 44, data "0" can be written at any time to the ferroelectric memory cell in which "1" has been written by the normal write voltage V W , so that it is like a RAM. It becomes possible to operate. The second potential (V W / 2) is applied to the unselected bit line (BL) and word line (WL).

【0164】以上、第1乃至第3の実施の形態を説明し
てきたが、特に、RAM的に動作させる場合には、図1
5に示した改良型強誘電体メモリ装置と同様に、“1”
及び“0”の書き込み動作を繰り返すうちに、情報が誤
って書き換えられるという問題が生ずる。この事情を図
8を参照して説明する。
Although the first to third embodiments have been described above, in particular, in the case of operating like a RAM, FIG.
Similar to the improved ferroelectric memory device shown in 5, the "1"
Also, as the write operation of "0" is repeated, the problem that the information is rewritten by mistake occurs. This situation will be described with reference to FIG.

【0165】図8(a)及び(b)参照 図8(b)に示すように、実線で示す強誘電体薄膜の分
極特性は破線で示した角形比の良好な理想的な分極特性
とは異なるので、図8(a)に示すように、書き込み時
に、半選択のメモリセルには半選択電圧が交互に印加さ
れることになり、履歴曲線上を減衰するように移動を繰
り返して、遂には、“1”が書き込まれていたメモリセ
ルの情報が消去される。なお、“0”の情報が書き込ま
れていたメモリセルも同様である。
8 (a) and 8 (b) As shown in FIG. 8 (b), the polarization characteristics of the ferroelectric thin film shown by the solid line are the ideal polarization characteristics with good squareness shown by the broken line. Since they are different, as shown in FIG. 8A, the half-selected voltage is alternately applied to the half-selected memory cells at the time of writing, and the movement is repeated so as to attenuate on the history curve, and finally, , The information in the memory cell in which "1" was written is erased. The same applies to the memory cell in which the information "0" is written.

【0166】この履歴曲線を破線で示す理想的特性にす
れば、半選択セルに印加される半選択電圧では、分極値
がほとんど変化しないので、書き込みを繰り返すうちに
分極特性が劣化して、誤書き込みが生ずる可能性はほと
んどなくなる。
If this hysteresis curve is made to have an ideal characteristic indicated by a broken line, the polarization value hardly changes at the half-selected voltage applied to the half-selected cell, so that the polarization characteristic deteriorates as the writing is repeated and an erroneous value is generated. There is almost no possibility of writing.

【0167】この様な理想的な特性を得るためには、図
15の従来例に示されている様に、2端子スイッチ素子
を強誘電体薄膜とワード線との間に設けて、履歴曲線を
プラス及びマイナス側にシフトすれば良く、この場合に
は、読出電圧は抗電圧Vc と2端子スイッチ素子のオン
電圧Vonとの和である電圧Vより若干低い電圧が必要に
なり、本発明の第1乃至第3の実施の形態より2端子ス
イッチ素子のオン電圧Von分だけ高電圧が必要になる。
In order to obtain such ideal characteristics, as shown in the conventional example of FIG. 15, a two-terminal switch element is provided between the ferroelectric thin film and the word line and the history curve is set. Should be shifted to the plus and minus sides. In this case, the read voltage needs to be slightly lower than the voltage V which is the sum of the coercive voltage V c and the ON voltage V on of the two-terminal switch element. According to the first to third embodiments of the invention, a high voltage is required by the ON voltage V on of the two-terminal switch element.

【0168】この様な2端子スイッチ素子としてMIM
素子を用いたのが、図9に示す本発明の第4の実施の形
態である。 図9参照 この図9に示す強誘電体メモリセルは、上記の図6
(a)に示す第2の実施の形態の強誘電体メモリセルの
ゲート電極28上に、Ta電極61、Ta2 5 薄膜6
2、及び、Ta電極63からなるMIM素子を堆積させ
たものであり、その他の構成は第2の実施の形態と全く
同様である。
As such a two-terminal switch element, MIM
The element is used in the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. See FIG. 9. The ferroelectric memory cell shown in FIG.
The Ta electrode 61 and the Ta 2 O 5 thin film 6 are formed on the gate electrode 28 of the ferroelectric memory cell of the second embodiment shown in FIG.
2 and the MIM element composed of the Ta electrode 63 is deposited, and other configurations are exactly the same as those of the second embodiment.

【0169】なお、この場合の、MIM素子のオン電圧
onは、Ta2 5 薄膜37の膜厚に依存し、オン電圧
onとしては1.5〜5.0V程度、少なくとも抗電圧
(V C )程度が望ましく、このオン電圧Von分だけ書込
電圧、及び、読出電圧が高くなるが、半選択セルに印加
される半選択電圧(VW /2、或いは、Vr /2)では
分極値がほとんど変化しないので、書き込みを繰り返す
うちに分極特性が劣化して、誤書き込みが生ずる可能性
はほとんどなくなる。
The ON voltage of the MIM element in this case
VonIs TaTwoOFiveON voltage depends on the thickness of the thin film 37
VonAbout 1.5 to 5.0V, at least the coercive voltage
(V C) Is desirable, and this on-voltage VonWrite only minutes
Higher voltage and read voltage, but applied to half-selected cells
Half selection voltage (VW/ 2 or VrIn / 2)
Repeated writing because the polarization value hardly changes
Poor writing characteristics may deteriorate, resulting in erroneous writing.
Is almost gone.

【0170】また、MIM素子を設ける場合には、書き
込み或いは読み出し時に、MIM素子のI層であるTa
2 5 薄膜37とPZT薄膜27との間のTa電極に電
荷が蓄積するので、書き込み直後或いは読み出し直後
に、この蓄積電荷を引き出す電圧VReを印加して電位を
0Vにリセットする操作が必要である。
When the MIM element is provided, Ta or I layer of the MIM element is used for writing or reading.
Since charges are accumulated in the Ta electrode between the 2 O 5 thin film 37 and the PZT thin film 27, it is necessary to apply a voltage V Re for drawing out the accumulated charges and reset the potential to 0 V immediately after writing or reading. Is.

【0171】なお、第4の実施の形態においては、MI
M素子をPZT薄膜27とゲート電極28との間に設け
ているが、ゲート電極28を省略してPZT薄膜27上
に直接、Ta膜61、Ta2 5 薄膜62、及び、Ta
膜63を積層させても良いが、PZT薄膜27とTa膜
61との間の相互拡散を考慮する必要がある。
In the fourth embodiment, MI
Although the M element is provided between the PZT thin film 27 and the gate electrode 28, the gate electrode 28 is omitted and the Ta film 61, the Ta 2 O 5 thin film 62, and the Ta film are directly formed on the PZT thin film 27.
The film 63 may be laminated, but it is necessary to consider mutual diffusion between the PZT thin film 27 and the Ta film 61.

【0172】次に、図10に、本発明の第3の実施の形
態にMIM素子を設けた薄膜半導体型の強誘電体メモリ
装置に関する第5の実施の形態を例示する。 図10参照 この第5の実施の形態の場合には、上記の第3の実施の
形態におけるワード線に相当するPt膜65の下に、T
a電極61、Ta2 5 薄膜62、及び、Ta電極63
からなるMIM素子を設け、さらに、その下にワード線
43を設けたものである。
Next, FIG. 10 illustrates a fifth embodiment of a thin film semiconductor type ferroelectric memory device having an MIM element according to the third embodiment of the present invention. See FIG. 10. In the case of the fifth embodiment, T is formed under the Pt film 65 corresponding to the word line in the third embodiment.
a electrode 61, Ta 2 O 5 thin film 62, and Ta electrode 63
The MIM element is formed, and the word line 43 is further provided below the MIM element.

【0173】この第5の実施の形態における駆動方法
も、第3の実施の形態の駆動方法と略同様であり、MI
M素子のオン電圧Von分だけ書込電圧、及び、読出電圧
が高くなるが、半選択セルに印加される半選択電圧で
は、分極値がほとんど変化しないので、書き込みを繰り
返すうちに分極特性が劣化して、誤書き込みが生ずる可
能性はほとんどなくなる。
The driving method in the fifth embodiment is also substantially the same as the driving method in the third embodiment, and MI
Although the write voltage and the read voltage are increased by the ON voltage V on of the M element, the polarization value hardly changes at the half-selection voltage applied to the half-selection cell. There is almost no possibility of deterioration and erroneous writing.

【0174】なお、上記の第1乃至第5の実施の形態の
説明においてはnチャネル型のメモリセルを用いて説明
しているが、pチャネル型のメモリセルを用いても良い
ものであり、チャネルの導電型の変換に伴って各線に印
加する電位を、第3電位(V W )及び第1電位(Vr
は接地電位へ、また、接地電位は第3電位(VW )或い
は第1電位(Vr )に変更する必要がある。
Incidentally, in the above-mentioned first to fifth embodiments,
In the description, an n-channel type memory cell is used.
However, a p-channel type memory cell may be used.
Each line is marked as the conductivity type of the channel changes.
The applied potential is the third potential (V W) And the first potential (Vr)
Is to the ground potential, and the ground potential is the third potential (VW)
Is the first potential (Vr) Needs to be changed.

【0175】また、第4及び第5の実施の形態において
はワード線を石英基板41上に設けているが、石英基板
41上に再結晶化多結晶シリコン膜を設け、その上に絶
縁膜46、浮遊ゲート45、PZT薄膜44、及び、導
電膜を順次堆積させパターニングすることによってゲー
ト絶縁膜及びゲート電極となるワード線を形成しても良
く、この場合の方が製造は困難になるが集積度は向上す
る。
Further, in the fourth and fifth embodiments, the word line is provided on the quartz substrate 41, but a recrystallized polycrystalline silicon film is provided on the quartz substrate 41, and the insulating film 46 is provided thereon. , The floating gate 45, the PZT thin film 44, and the conductive film may be sequentially deposited and patterned to form the word line serving as the gate insulating film and the gate electrode. The degree improves.

【0176】また、第4及び第5の実施の形態の説明に
おいては、基板として石英基板41を用いており、その
上にCVD法によるSiO2 膜42を設けているが、S
iO 2 膜42は必ずしも必要なものではなく、また、基
板も石英基板に限られるものではなく、サファイア等の
他の絶縁基板を用いても良く、さらには、シリコン基板
を熱酸化して表面に酸化膜を設けた絶縁性基板を用いて
も良いものであり、本明細書においてはこの様な各種の
基板を絶縁性基板という。
Further, in the description of the fourth and fifth embodiments,
In this case, the quartz substrate 41 is used as the substrate.
SiO by CVD methodTwoThe film 42 is provided, but S
iO TwoMembrane 42 is not necessary and is
The plate is not limited to the quartz substrate, but may be made of sapphire or the like.
Other insulating substrates may be used as well as silicon substrates.
Using an insulative substrate with an oxide film on its surface by thermal oxidation of
Is also good, and in this specification, various types of such
The substrate is called an insulating substrate.

【0177】また、上記各実施の形態においては強誘電
体薄膜としてPZTを用いているが、PZTに限られる
ものではなく、PLZT,BaTiO3 ,PbTi
3 ,或いは、Bi4 Ti3 12等の他の強誘電体を用
いても良いものである。
Further, although PZT is used as the ferroelectric thin film in each of the above-mentioned embodiments, it is not limited to PZT, and PLZT, BaTiO 3 , PbTi.
Other ferroelectric materials such as O 3 or Bi 4 Ti 3 O 12 may be used.

【0178】また、上記各実施の形態においては、浮遊
ゲートとしてPtを用いているが、多結晶シリコンを用
いても良いものである。但し、多結晶シリコンを浮遊ゲ
ートとして用いる場合には、多結晶シリコン膜上に直接
PZTを堆積させることは困難であるので、多結晶シリ
コン膜上に、IrO2 膜を介してPZTを堆積すれば良
く、多結晶シリコンを浮遊ゲートとして用いることによ
り、ゲートSiO2 の界面状態が改善され、製造歩留り
や再現性が改善する(電子材料,p27〜32,199
4年8月参照)。
Further, although Pt is used as the floating gate in the above-mentioned respective embodiments, polycrystalline silicon may be used. However, when polycrystalline silicon is used as the floating gate, it is difficult to directly deposit PZT on the polycrystalline silicon film. Therefore, if PZT is deposited on the polycrystalline silicon film via the IrO 2 film. Well, by using polycrystalline silicon as the floating gate, the interface state of the gate SiO 2 is improved, and the manufacturing yield and reproducibility are improved (Electronic Material, p27-32, 199).
See August 4).

【0179】また、第4及び第5の実施に形態における
2端子スイッチ素子は、Ta電極36、Ta2 5 薄膜
37、及び、Ta電極38で構成されるMIM素子であ
るが、この様な材料に限られるものではなく、他のMI
M素子の構成材料として知られている各種の材料が可能
であり、さらに、MIM素子である必要はなく、ダイオ
ードを逆直列に接続した様な特性を有するスイッチ素子
であれば良い。
The two-terminal switch element in the fourth and fifth embodiments is an MIM element composed of the Ta electrode 36, the Ta 2 O 5 thin film 37, and the Ta electrode 38. Not limited to materials, other MI
Various materials known as the constituent material of the M element can be used, and further, it is not necessary to be the MIM element, and any switch element having a characteristic of connecting a diode in anti-series may be used.

【0180】また、上記各実施の形態においては半導体
としてシリコン基板或いは多結晶シリコン膜を設けてい
るが、シリコンに限られるものではなく、SiGe混晶
等の他のIV族半導体、或いは、GaAs等のIII-V族化
合物半導体を用いても良いものである。
Further, in each of the above embodiments, a silicon substrate or a polycrystalline silicon film is provided as a semiconductor, but the invention is not limited to silicon, and other group IV semiconductors such as SiGe mixed crystal or GaAs or the like. The III-V group compound semiconductor may be used.

【0181】[0181]

【発明の効果】本発明によれば、メモリセルを強誘電体
ゲート絶縁膜を有する1個のMISFETで構成し、且
つ、情報消去時と情報書込時における消去電圧と書込電
圧のアンバランスをなくす駆動方法にしたので、集積度
が向上すると共に、駆動動作が安定で、且つ、確実なメ
モリ動作が可能な1Tr型強誘電体メモリ装置及びその
駆動方法を提供することができ、さらに、MIM素子を
付加することによって安定したRAM(アンダム・アク
セス・メモリ)を提供することができる。
According to the present invention, a memory cell is composed of one MISFET having a ferroelectric gate insulating film, and the erase voltage and the write voltage are unbalanced during information erasing and information writing. Since it is a driving method that eliminates the above, it is possible to provide a 1Tr type ferroelectric memory device and a driving method thereof, in which the degree of integration is improved, the driving operation is stable, and a reliable memory operation is possible. A stable RAM (Andam access memory) can be provided by adding the MIM element.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の原理的構成の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a principle configuration of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態のセル構造の説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a cell structure according to the first embodiment of this invention.

【図3】本発明の第1の実施の形態の動作特性の説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of operating characteristics according to the first embodiment of this invention.

【図4】本発明の第1の実施の形態における書込み動作
の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a write operation according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1の実施の形態における読み出し動
作の説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram of a read operation according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施の形態のセル構造の説明図
である。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a cell structure according to a second embodiment of this invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第1乃至第3の実施の形態の問題点の
説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of problems in the first to third embodiments of the present invention.

【図9】本発明の第4の実施の形態のセル構造の説明図
である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a cell structure according to a fourth embodiment of this invention.

【図10】本発明の第5の実施の形態のセル構造の説明
図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a cell structure according to a fifth embodiment of the present invention.

【図11】従来の1Tr型強誘電体メモリセルの説明図
である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a conventional 1Tr type ferroelectric memory cell.

【図12】従来の他の1Tr型強誘電体メモリセルの説
明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of another conventional 1Tr type ferroelectric memory cell.

【図13】従来のMFMIS型強誘電体メモリセルの説
明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a conventional MFMIS type ferroelectric memory cell.

【図14】従来の改良型強誘電体メモリセルの説明図で
ある。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a conventional improved ferroelectric memory cell.

【図15】従来の他の改良型強誘電体メモリセルの説明
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of another conventional improved ferroelectric memory cell.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 ウエル領域 3 ソース・ドレイン領域 4 ソース・ドレイン領域 5 絶縁膜 6 浮遊ゲート 7 強誘電体膜 8 ゲート電極 9 プレート線 10 ビット線 11 ワード線 12 ドライブ線 21 n型シリコン基板 22 p型ウエル領域 23 n型ドレイン領域 24 n型ソース領域 25 SiO2 膜 26 Pt膜 27 PZT薄膜 28 ゲート電極 29 プレート線 30 ビット線 31 ワード線 32 ドライブ線 33 トランジスタ 34 ロウマルチプレクサ 35 コラムマルチプレクサ 36 センス・アンプ 37 検出抵抗 41 石英基板 42 SiO2 膜 43 ワード線 44 PZT薄膜 45 浮遊ゲート 46 絶縁膜 47 i型多結晶シリコン領域 48 チャネル保護膜 49 n+ 型ソース領域 50 n+ 型ドレイン領域 51 多結晶シリコンパッド 52 多結晶シリコンパッド 53 ビット線 54 ドライブ線 61 Ta膜 62 Ta2 5 薄膜 63 Ta膜 64 CVD酸化膜 65 Pt膜 81 p型ウエル領域 82 n+ 型ドレイン領域 83 n+ 型ソース領域 84 強誘電体薄膜 85 ゲート電極 86 ビット線 87 ワード線 88 プレート線 89 強誘電体メモリセル 90 ワード選択デコーダ・ドライバ 91 プレート選択デコーダ・ドライバ 92 センス・アンプ 93 基準線 94 ソース引出電極 95 SiO2 膜 96 浮遊ゲート 97 ドライブ線 98 2端子スイッチ素子1 semiconductor substrate 2 well region 3 source / drain region 4 source / drain region 5 insulating film 6 floating gate 7 ferroelectric film 8 gate electrode 9 plate line 10 bit line 11 word line 12 drive line 21 n-type silicon substrate 22 p-type Well region 23 n-type drain region 24 n-type source region 25 SiO 2 film 26 Pt film 27 PZT thin film 28 gate electrode 29 plate line 30 bit line 31 word line 32 drive line 33 transistor 34 row multiplexer 35 column multiplexer 36 sense amplifier 37 detecting resistor 41 a quartz substrate 42 SiO 2 film 43 word lines 44 PZT thin film 45 floating gate 46 insulating film 47 i-type polycrystalline silicon region 48 channel protective film 49 n + -type source region 50 n + -type drain region 51 of polycrystalline Shirikonpa De 52 polysilicon pad 53 bit lines 54 drive lines 61 Ta film 62 Ta 2 O 5 thin film 63 Ta film 64 CVD oxide film 65 Pt film 81 p-type well region 82 n + -type drain region 83 n + -type source region 84 Strong Dielectric thin film 85 Gate electrode 86 Bit line 87 Word line 88 Plate line 89 Ferroelectric memory cell 90 Word selection decoder / driver 91 Plate selection decoder / driver 92 Sense amplifier 93 Reference line 94 Source extraction electrode 95 SiO 2 film 96 Floating Gate 97 Drive line 98 2-terminal switch element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location H01L 29/792

Claims (25)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ゲート絶縁膜の一部に強誘電体膜を有す
る1個の電界効果トランジスタ型の強誘電体メモリセル
をマトリクス状に配列した強誘電体メモリ装置におい
て、ソース・ドレイン領域を共通のウエル領域に設ける
と共に、前記ウエル領域をプレート線に接続し、また、
ゲート電極をワード線として行選択手段を設け、さら
に、前記ソース・ドレイン領域の一方を前記ビット線に
共通接続すると共に、前記ソース・ドレイン領域の他方
を前記ビット線方向に延在するドライブ線に共通接続す
ることを特徴とする強誘電体メモリ装置。
1. In a ferroelectric memory device in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film on a part of a gate insulating film is arranged in a matrix, common source / drain regions are provided. In the well region, and connecting the well region to the plate line,
Row selection means is provided using the gate electrode as a word line, and one of the source / drain regions is commonly connected to the bit line, and the other of the source / drain regions is a drive line extending in the bit line direction. A ferroelectric memory device characterized by being commonly connected.
【請求項2】 上記ゲート絶縁膜を、絶縁膜/浮遊ゲー
ト/強誘電体膜からなる積層構造で構成したことを特徴
とする請求項1記載の強誘電体メモリ装置。
2. The ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the gate insulating film has a laminated structure of insulating film / floating gate / ferroelectric film.
【請求項3】 上記強誘電体メモリセルに情報を書き込
む第3電位を、チップ毎にトリミング可能にするため
に、前記チップ内に多結晶半導体フューズを備えた第3
電位トリミング手段を設けたことを特徴とする請求項1
または2に記載の強誘電体メモリ装置。
3. A third semiconductor device provided with a polycrystalline semiconductor fuse in each chip so that a third potential for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed chip by chip.
2. A potential trimming means is provided, wherein
Alternatively, the ferroelectric memory device according to item 2.
【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記プレート
線と上記ゲート電極との間に消去電圧を印加し、前記ゲ
ート電極に対向する半導体層の表面を蓄積状態とするこ
とによって、上記全ての強誘電体メモリセルが非導通に
なるように分極してデータ“0”に対応させることによ
り情報を消去することを特徴とする強誘電体メモリ装置
の駆動方法。
4. The method for driving a ferroelectric memory device according to claim 1, wherein an erase voltage is applied between the plate line and the gate electrode, and the erase voltage is opposed to the gate electrode. By setting the surface of the semiconductor layer to be in a storage state, all the ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive and correspond to data "0", thereby erasing information. Driving method for dielectric memory device.
【請求項5】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記プレート
線を接地電位にし、選択したワード線を第3電位にする
と共に、選択したビット線及びドライブ線を接地電位に
し、且つ、非選択のワード線、ビット線、及び、ドライ
ブ線を第2電位にすることによって、、選択した上記強
誘電体メモリセルを読み出す際に前記強誘電体メモリセ
ルが導通するように分極してデータ“1”に対応させる
ことにより情報を書き込むことを特徴とする強誘電体メ
モリ装置の駆動方法。
5. The method for driving a ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the plate line is set to the ground potential, the selected word line is set to the third potential, and selected. By setting the bit line and the drive line to the ground potential and setting the unselected word line, bit line, and drive line to the second potential, the ferroelectric memory cell is read when the selected ferroelectric memory cell is read. A method of driving a ferroelectric memory device, wherein information is written by polarization so that the body memory cell becomes conductive and corresponding to data "1".
【請求項6】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記プレート
線及び上記ドライブ線を接地電位にし、選択したワード
線を第1電位にすると共に、選択したビット線を第1電
位側にし、選択した上記強誘電体メモリセルの導通・非
導通を検知することによって前記誘電体メモリセルのデ
ータを読み出すことを特徴とする強誘電体メモリ装置の
駆動方法。
6. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the plate line and the drive line are set to a ground potential, and the selected word line is set to a first potential. At the same time, the selected bit line is set to the first potential side, and data of the dielectric memory cell is read by detecting conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell. Driving method.
【請求項7】 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の
強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記プレート
線を接地電位にすると共に、上記ドライブ線を第1電位
にし、選択したワード線を第1電位にすると共に、選択
したビット線を接地電位側にし、選択した上記強誘電体
メモリセルの導通・非導通を検知することによって上記
誘電体メモリセルのデータを読み出すことを特徴とする
強誘電体メモリ装置の駆動方法。
7. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 1, wherein the plate line is set to a ground potential and the drive line is set to a first potential, and the selected word is selected. The data is read from the dielectric memory cell by detecting the conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell by setting the line to the first potential and setting the selected bit line to the ground potential side. Method for driving a ferroelectric memory device.
【請求項8】 ゲート絶縁膜の一部に強誘電体膜を有す
る1個の電界効果トランジスタ型の強誘電体メモリセル
をマトリクス状に配列した強誘電体メモリ装置におい
て、前記各強誘電体メモリセルのソース・ドレイン領域
をビット線方向に伸びる共通のウエル領域に設け、前記
ウエル領域と前記ソース・ドレイン領域の一方を短絡さ
せると共に、前記ウエル領域をドライブ線とし、且つ、
ゲート電極をワード線として行選択手段を設け、さら
に、前記ソース・ドレイン領域の他方をビット線に共通
接続することを特徴とする強誘電体メモリ装置。
8. A ferroelectric memory device in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film as a part of a gate insulating film is arranged in a matrix, wherein each of the ferroelectric memories is a ferroelectric memory device. The source / drain region of the cell is provided in a common well region extending in the bit line direction, one of the well region and the source / drain region is short-circuited, and the well region is used as a drive line, and
A ferroelectric memory device characterized in that row selection means is provided with the gate electrode as a word line, and the other of the source / drain regions is commonly connected to a bit line.
【請求項9】 上記ゲート絶縁膜を、絶縁膜/浮遊ゲー
ト/強誘電体膜からなる積層構造で構成したことを特徴
とする請求項8記載の強誘電体メモリ装置。
9. The ferroelectric memory device according to claim 8, wherein the gate insulating film has a laminated structure of insulating film / floating gate / ferroelectric film.
【請求項10】 上記強誘電体メモリセルに情報を書き
込む第3電位を、チップ毎にトリミング可能にするため
に、前記チップ内に多結晶半導体フューズを備えた第3
電位トリミング手段を設けたことを特徴とする請求項8
または9に記載の強誘電体メモリ装置。
10. A third semiconductor device provided with a polycrystalline semiconductor fuse in each chip so that the third potential for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed chip by chip.
The potential trimming means is provided, and the potential trimming means is provided.
Alternatively, the ferroelectric memory device according to item 9.
【請求項11】 上記ゲート絶縁膜とワード線との間
に、金属/誘電体/金属構造の2端子スイッチ素子を設
けたことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項
に記載の強誘電体メモリ装置。
11. The two-terminal switch element having a metal / dielectric / metal structure is provided between the gate insulating film and the word line, as described in any one of claims 8 to 10. Ferroelectric memory device.
【請求項12】 請求項8乃至10のいずれか1項に記
載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記全て
のビット線とドライブ線とを同電位とし、前記ビット線
と全てのゲート電極との間に消去電圧を印加し、前記ゲ
ート電極に対向する半導体層の表面を蓄積状態とするこ
とによって、上記全ての強誘電体メモリセルが非導通に
なるように分極してデータ“0”に対応させることによ
り情報を消去することを特徴とする強誘電体メモリ装置
の駆動方法。
12. The method for driving a ferroelectric memory device according to claim 8, wherein all the bit lines and drive lines have the same potential, and the bit lines and all gate electrodes. An erase voltage is applied between the gate electrode and the gate electrode to bring the surface of the semiconductor layer facing the gate electrode into an accumulated state, so that all the ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive and data "0" is stored. A method for driving a ferroelectric memory device, characterized in that information is erased by corresponding to the above.
【請求項13】 請求項8乃至10のいずれか1項に記
載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記ビッ
ト線と前記ビット線に対応するドライブ線を同電位と
し、選択したビット線を接地電位にすると共に、選択し
たワード線を第3電位にし、且つ、非選択のワード線及
びビット線を第2電位にすることによって、選択した上
記強誘電体メモリセルを読み出す際に前記強誘電体メモ
リセルが導通するように分極してデータ“1”に対応さ
せることにより情報を書き込むことを特徴とする強誘電
体メモリ装置の駆動方法。
13. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 8, wherein the bit line and a drive line corresponding to the bit line have the same potential, and the selected bit line is By setting the selected word line to the third potential and the non-selected word lines and bit lines to the second potential as well as the ground potential, the ferroelectric memory cell is read when the selected ferroelectric memory cell is read out. A method of driving a ferroelectric memory device, wherein information is written by polarization so that the body memory cell becomes conductive and corresponding to data "1".
【請求項14】 請求項8乃至10のいずれか1項に記
載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記ドラ
イブ線を接地電位にし、選択したワード線を第1電位に
すると共に、選択した上記ビット線を第1電位側にし、
選択した強誘電体メモリセルの導通・非導通を検知する
ことによって誘電体メモリセルのデータを読み出すこと
を特徴とする強誘電体メモリ装置の駆動方法。
14. The method for driving a ferroelectric memory device according to claim 8, wherein the drive line is set to the ground potential, the selected word line is set to the first potential, and the selected word line is selected. Set the bit line to the first potential side,
A method for driving a ferroelectric memory device, comprising reading data from a dielectric memory cell by detecting conduction / non-conduction of a selected ferroelectric memory cell.
【請求項15】 請求項11記載の強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、選択したセルに正の書込電圧或い
は負の書込み電圧を印加し、夫々、正負に対応して
“1”或いは“0”を書き込むことによって、ランダム
アクセスメモリとして動作させることを特徴とする強誘
電体メモリ装置の駆動方法。
15. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 11, wherein a positive write voltage or a negative write voltage is applied to a selected cell, and “1” or “1” is assigned to the positive or negative voltage, respectively. A method for driving a ferroelectric memory device, characterized by operating as a random access memory by writing "0".
【請求項16】 ゲート絶縁膜の一部に強誘電体膜を有
する1個の電界効果トランジスタ型の強誘電体メモリセ
ルをマトリクス状に配列した強誘電体メモリ装置におい
て、前記電界効果トランジスタが薄膜トランジスタであ
り、前記薄膜トランジスタは、絶縁性基板上に行方向に
延在するゲート電極となるワード線、前記ワード線上に
設けられたゲート絶縁膜、前記ゲート絶縁膜上に設けら
れた再結晶化多結晶半導体層、前記多結晶半導体層に設
けられたソース・ドレイン領域からなり、前記ソース・
ドレイン領域の一方をビット線に共通接続すると共に、
前記ソース・ドレイン領域の他方をビット線方向に延在
するドライブ線に共通接続することを特徴とする強誘電
体メモリ装置。
16. In a ferroelectric memory device in which one field effect transistor type ferroelectric memory cell having a ferroelectric film in a part of a gate insulating film is arranged in a matrix, the field effect transistor is a thin film transistor. The thin film transistor is a word line that becomes a gate electrode extending in a row direction on an insulating substrate, a gate insulating film provided on the word line, and a recrystallized polycrystal provided on the gate insulating film. A semiconductor layer and a source / drain region provided in the polycrystalline semiconductor layer,
One of the drain regions is commonly connected to the bit line,
A ferroelectric memory device, wherein the other one of the source / drain regions is commonly connected to a drive line extending in a bit line direction.
【請求項17】 上記ドライブ線に共通接続するソース
・ドレイン領域の他方と上記ゲート電極との重なり容量
を、上記ビット線に共通接続するソース・ドレイン領域
の一方と上記ゲート電極との重なり容量よりも大きくし
たことを特徴とする請求項16記載の強誘電体メモリ装
置。
17. The overlap capacitance between the gate electrode and the other of the source / drain regions commonly connected to the drive line is calculated from the overlap capacitance between one of the source / drain regions commonly connected to the bit line and the gate electrode. 17. The ferroelectric memory device according to claim 16, wherein the size is also increased.
【請求項18】 上記ゲート絶縁膜を、強誘電体膜/浮
遊ゲート/絶縁膜からなる積層構造で構成したことを特
徴とする請求項16または17記載の強誘電体メモリ装
置。
18. The ferroelectric memory device according to claim 16, wherein the gate insulating film has a laminated structure of a ferroelectric film / floating gate / insulating film.
【請求項19】 上記強誘電体メモリセルに情報を書き
込む第3電位を、チップ毎にトリミング可能にするため
に、前記チップ内に多結晶半導体フューズを備えた第3
電位トリミング手段を設けたことを特徴とする請求項1
6乃至18のいずれか1項に記載の強誘電体メモリ装
置。
19. A third semiconductor device provided with a polycrystalline semiconductor fuse in each chip so that the third potential for writing information in the ferroelectric memory cell can be trimmed chip by chip.
2. A potential trimming means is provided, wherein
19. The ferroelectric memory device according to any one of 6 to 18.
【請求項20】 上記ゲート絶縁膜とワード線との間
に、金属/誘電体/金属構造の2端子スイッチ素子を設
けたことを特徴とする請求項16乃至19のいずれか1
項に記載の強誘電体メモリ装置。
20. A two-terminal switch element having a metal / dielectric / metal structure is provided between the gate insulating film and the word line, according to any one of claims 16 to 19.
2. A ferroelectric memory device according to item.
【請求項21】 請求項16乃至19のいずれか1項に
記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記全
てのワード線を接地電位とし、また、上記全てのビット
線とドライブ線を消去電位にすることによって、上記全
ての強誘電体メモリセルが非導通になるように分極して
データ“0”に対応させることにより情報を消去するこ
とを特徴とする強誘電体メモリ装置の駆動方法。
21. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 16, wherein all the word lines are set to the ground potential, and all the bit lines and drive lines are erased. A method of driving a ferroelectric memory device, characterized in that all of the above ferroelectric memory cells are polarized so as to be non-conductive by setting a potential, and information is erased by corresponding to data "0". ..
【請求項22】 請求項16乃至19のいずれか1項に
記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記ビ
ット線と前記ビット線に対応するドライブ線を同電位と
し、選択した上記ビット線を接地電位にすると共に、選
択したワード線を第3電位にし、且つ、非選択のワード
線及びビット線を第2電位にすることによって、選択し
た上記強誘電体メモリセルを読み出す際に前記強誘電体
メモリセルが導通するように分極してデータ“1”に対
応させることにより情報を書き込むことを特徴とする強
誘電体メモリ装置の駆動方法。
22. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 16, wherein the bit line and a drive line corresponding to the bit line have the same potential, and the selected bit line is selected. Is set to the ground potential, the selected word line is set to the third potential, and the non-selected word lines and bit lines are set to the second potential, so that the ferroelectric memory cell is read when the selected ferroelectric memory cell is read. A method of driving a ferroelectric memory device, characterized in that information is written by polarization so that the dielectric memory cell is conductive and corresponding to data "1".
【請求項23】 請求項16乃至19のいずれか1項に
記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記全
てのドライブ線を第1電位にし、選択したワード線を第
1電位にすると共に、選択した上記ビット線を接地電位
側にし、選択した上記強誘電体メモリセルの導通・非導
通を検知することによって前記誘電体メモリセルのデー
タを読み出すことを特徴とする強誘電体メモリ装置の駆
動方法。
23. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 16, wherein all the drive lines are set to a first potential and selected word lines are set to a first potential. A ferroelectric memory device is characterized in that the selected bit line is set to the ground potential side and data of the dielectric memory cell is read by detecting conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell. Driving method.
【請求項24】 請求項16乃至19のいずれか1項に
記載の強誘電体メモリ装置の駆動方法において、上記ド
ライブ線を接地電位にし、選択したワード線を第1電位
にすると共に、選択したビット線を第1電位側にし、選
択した上記強誘電体メモリセルの導通・非導通を検知す
ることによって前記誘電体メモリセルのデータを読み出
すことを特徴とする強誘電体メモリ装置の駆動方法。
24. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 16, wherein the drive line is set to the ground potential, the selected word line is set to the first potential, and the selected word line is selected. A method of driving a ferroelectric memory device, characterized in that the bit line is set to the first potential side and the data of the dielectric memory cell is read by detecting conduction / non-conduction of the selected ferroelectric memory cell.
【請求項25】 請求項20記載の強誘電体メモリ装置
の駆動方法において、選択したセルに正の書込電圧或い
は負の書込み電圧を印加し、夫々、正負に対応して
“1”或いは“0”を書き込むことによって、ランダム
アクセスメモリとして動作させることを特徴とする強誘
電体メモリ装置の駆動方法。
25. The method of driving a ferroelectric memory device according to claim 20, wherein a positive write voltage or a negative write voltage is applied to a selected cell, and “1” or “1” is assigned to the positive or negative voltage, respectively. A method for driving a ferroelectric memory device, characterized by operating as a random access memory by writing "0".
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6151243A (en) * 1998-10-28 2000-11-21 Hyundai Electronics Industries Co., Ltd. Ferroelectric memory device having folded bit line architecture
JP2002289805A (en) * 2001-03-27 2002-10-04 Yasuo Tarui Transistor type ferroelectric nonvolatile storage element
JP2011091395A (en) * 2002-09-12 2011-05-06 Qs Semiconductor Australia Pty Ltd Memory cell

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